污水处理系统吸附富氧装置的研究与设计

论文摘要

变压吸附(pressure swing adsorption,简称PSA)空分制氧技术是一项低耗能、投资少、规模灵活、自动化程度高的新型分离技术,在中小规模用氧的场合具有明显的优势,已经成为中小空分制氧的主要方法。目前,变压吸附制氧理论及设备微型化成为这一领域的重要方向。为纯氧曝气装置设计适合的氧气源设备是本文的主要任务。本文介绍了变压吸附制氧设备的基本结构和工作原理,阐述了Langmuir等温线理论等描述吸附现象的控制方程,并利用这些方程,对两床Skarstrom循环变压吸附过程进行计算机仿真,得到的满足流量和产品气纯度要求的设计参数,为实验台的搭建提供依据。本文还利用仿真技术,分析了操作流程和吸附剂物性参数对吸附制氧设备性能的影响。通过真空变压吸附过程(VPSA)过程仿真,得到相同控制参数下,较优化的操作流程。对于选用两种吸附剂填充的分层吸附床,分析了吸附剂物性参数及不同吸附剂填充位置对设备性能的影响,为合理而优化地填充吸附反应床提供依据。另一方面,对加入金属肋片结构的吸附床进行细化分析,根据PSA气体分离理论对改进后的吸附床进行吸附和解吸过程的数值计算,分析了空气流过加入金属肋片的吸附床时,金属肋片结构对吸附(解吸)性能的影响。同时采用局部能量平衡方程以及吸附动力方程作为数学模型,对吸附反应器的主要设计参数进行分析。文章通过计算机模拟得到金属肋片结构参数与吸附动力的关系,以及对提高吸附反应器工作效率的影响。为改进吸附床结构提供理论依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 图表清单
• 符号表
• 第一章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 富氧技术在污水处理系统中的应用
• 1.3 课题研究主要内容
• 第二章 变压吸附原理
• 2.1 吸附等温线及LANGMUIR 方程
• 2.2 吸附动力学
• 2.2.1 吸附的传质过程
• 2.2.2 传质速率
• 2.3 多组分吸附
• 第三章 富氧曝气氧源设计
• 3.1 变压吸附基本概念及发展
• 3.2 富氧氧源建模与设计
• 3.2.1 氧源设备设计方案
• 3.2.2 变压吸附分离器的初步计算
• 3.3 PSA 过程计算机仿真
• 3.3.1 数学模型
• 3.3.2 边界条件及模型解法
• 3.3.3 吸附床参数设计
• 3.3.4 吸附床内吸附现象
• 3.3.5 Skarstrom 循环过程仿真及参数确定
• 第四章 变压吸附富氧设备优化设计初探
• 4.1 操作工艺的改良
• 4.2 吸附床分层结构仿真及分析
• 4.2.1 Skarstrom 循环
• 第五章 吸附床结构改进
• 5.1 吸附热对床层温度分布的影响
• 5.2 加金属肋片对吸附性能的影响
• 5.2.1 基本方程及解法
• 第六章 结论与展望
• 6.1 本文总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 研究生期间发表的论文