化工学报 ›› 2020, Vol. 71 ›› Issue (7): 3114-3122.DOI: 10.11949/0438-1157.20191349
王鹏1(),刘京雷1(),张胜中2,范得权2,张英2,徐宏1
收稿日期:
2019-11-07
修回日期:
2020-04-29
出版日期:
2020-07-05
发布日期:
2020-07-05
通讯作者:
刘京雷
作者简介:
王鹏(1995—),男,硕士研究生,基金资助:
Peng WANG1(),Jinglei LIU1(),Shengzhong ZHANG2,Dequan FAN2,Ying ZHANG2,Hong XU1
Received:
2019-11-07
Revised:
2020-04-29
Online:
2020-07-05
Published:
2020-07-05
Contact:
Jinglei LIU
摘要:
利用吸附等温线获得动力学参数,建立了CFD模型,模拟了氢气/氮气在结构化5A分子筛吸附床中的吸附过程,研究了吸附剂层片间距、吸附剂厚度等结构参数和吸附压力、进气流量等工艺参数对混合气吸附效果的影响。结果表明:减小层片间距和吸附剂厚度可显著提高传质系数和床层利用率。增大吸附压力可提高床层利用率,但会减小传质系数。进气流量对传质系数的影响不明显,但当流量较大时,吸附容量和床层利用率均呈减小趋势。结构化5A分子筛吸附剂吸附性能良好。
中图分类号:
王鹏, 刘京雷, 张胜中, 范得权, 张英, 徐宏. 结构化5A分子筛吸附床结构及工艺参数对N2/H2吸附性能的影响[J]. 化工学报, 2020, 71(7): 3114-3122.
Peng WANG, Jinglei LIU, Shengzhong ZHANG, Dequan FAN, Ying ZHANG, Hong XU. Effect of structured 5A molecular sieve adsorption bed structure and process parameters on N2/H2 adsorption performance[J]. CIESC Journal, 2020, 71(7): 3114-3122.
参数 | 数值 |
---|---|
l/m | 0.2 |
ρ/(kg·m-3) | 860 |
ε | 0.4 |
T/K | 298 |
25 | |
75 |
表1 吸附床模型参数及初始值
Table 1 Adsorption bed model parameters and initial values
参数 | 数值 |
---|---|
l/m | 0.2 |
ρ/(kg·m-3) | 860 |
ε | 0.4 |
T/K | 298 |
25 | |
75 |
吸附剂 | 吸附压力/ MPa | 穿透时间/ min | 吸附量/ (mmol?g-1) | 有效成分吸附量/(mmol?g-1) |
---|---|---|---|---|
结构化5A分子筛 | 0.4 | 9 | 0.59 | 0.94 |
5A分子筛球 | 0.4 | 21 | 1.03 | 1.03 |
表2 不同吸附剂结构下N2吸附量
Table 2 N2 adsorption capacity of different adsorbent structure
吸附剂 | 吸附压力/ MPa | 穿透时间/ min | 吸附量/ (mmol?g-1) | 有效成分吸附量/(mmol?g-1) |
---|---|---|---|---|
结构化5A分子筛 | 0.4 | 9 | 0.59 | 0.94 |
5A分子筛球 | 0.4 | 21 | 1.03 | 1.03 |
参数 | 数值 |
---|---|
2.265 | |
1.155 | |
1.48 | |
0.117 |
表3 N2和H2在5A分子筛上的Langmuir拟合参数
Table 2 Fitting parameters of Langmuir model for N2 and H2 adsorption on 5A molecular sieve
参数 | 数值 |
---|---|
2.265 | |
1.155 | |
1.48 | |
0.117 |
层片间距/mm | 传质系数/s-1 | 穿透吸附量/ (mmol·g-1) | 饱和吸附量/ (mmol·g-1) |
---|---|---|---|
0.2 | 41.2 | 0.165 | 0.602 |
0.5 | 15.5 | 0.142 | 0.597 |
0.8 | 9.1 | 0.102 | 0.591 |
表4 层片间距对氮气传质系数和吸附剂容量的影响
Table 4 Effect of laminate spacing on mass transfer coefficient and adsorbent loading for nitrogen
层片间距/mm | 传质系数/s-1 | 穿透吸附量/ (mmol·g-1) | 饱和吸附量/ (mmol·g-1) |
---|---|---|---|
0.2 | 41.2 | 0.165 | 0.602 |
0.5 | 15.5 | 0.142 | 0.597 |
0.8 | 9.1 | 0.102 | 0.591 |
层片厚度/ mm | 传质系数/ s-1 | 穿透吸附量/ (mmol·g-1) | 饱和吸附量/ (mmol·g-1) |
---|---|---|---|
0.4 | 62.1 | 0.128 | 0.391 |
0.6 | 41.2 | 0.149 | 0.521 |
0.8 | 31.8 | 0.165 | 0.602 |
表5 层片厚度对氮气传质系数和吸附剂容量的影响
Table 5 Effect of laminate thickness on mass transfer coefficient and adsorbent loading for nitrogen
层片厚度/ mm | 传质系数/ s-1 | 穿透吸附量/ (mmol·g-1) | 饱和吸附量/ (mmol·g-1) |
---|---|---|---|
0.4 | 62.1 | 0.128 | 0.391 |
0.6 | 41.2 | 0.149 | 0.521 |
0.8 | 31.8 | 0.165 | 0.602 |
吸附压力/ MPa | 传质系数/ s-1 | 穿透吸附量/ (mmol·g-1) | 饱和吸附量/(mmol·g-1) |
---|---|---|---|
0.2 | 47.6 | 0.129 | 0.472 |
0.4 | 41.2 | 0.165 | 0.602 |
0.8 | 33.7 | 0.193 | 0.734 |
表6 吸附压力对氮气传质系数和吸附剂容量的影响
Table 6 Effect of adsorption pressure on mass transfer coefficient and adsorbent loading for nitrogen
吸附压力/ MPa | 传质系数/ s-1 | 穿透吸附量/ (mmol·g-1) | 饱和吸附量/(mmol·g-1) |
---|---|---|---|
0.2 | 47.6 | 0.129 | 0.472 |
0.4 | 41.2 | 0.165 | 0.602 |
0.8 | 33.7 | 0.193 | 0.734 |
进气流量/ (ml·min-1) | 传质系数/s-1 | 穿透吸附量/(mmol·g-1) | 饱和吸附量/(mmol·g-1) |
---|---|---|---|
60 | 39.2 | 0.127 | 0.586 |
100 | 41.2 | 0.165 | 0.602 |
140 | 43.1 | 0.142 | 0.583 |
表7 进气流量对氮气传质系数和吸附容量的影响
Table 7 Effect of flow rate on mass transfer coefficient and adsorbent loading for nitrogen
进气流量/ (ml·min-1) | 传质系数/s-1 | 穿透吸附量/(mmol·g-1) | 饱和吸附量/(mmol·g-1) |
---|---|---|---|
60 | 39.2 | 0.127 | 0.586 |
100 | 41.2 | 0.165 | 0.602 |
140 | 43.1 | 0.142 | 0.583 |
吸附条件 | 床层利用率/% | 无效层长度/cm | |
---|---|---|---|
层片间距/mm(层片厚度0.8 mm) | 0.2 | 51.1 | 9.78 |
0.5 | 48.2 | 10.36 | |
0.8 | 45.7 | 10.86 | |
层片厚度/mm(层片间距0.2 mm) | 0.4 | 68.2 | 6.36 |
0.6 | 61.8 | 7.64 | |
0.8 | 51.1 | 9.78 | |
吸附压力/MPa(流量100 ml·min-1) | 0.2 | 46.3 | 10.74 |
0.4 | 51.1 | 9.78 | |
0.8 | 57.5 | 8.51 | |
进气流量/(ml·min-1)(压力0.4 MPa) | 60 | 60.1 | 7.98 |
100 | 51.1 | 9.78 | |
140 | 45.2 | 10.96 |
表8 无效层长度和床层利用率
Table 8 Length of unused bed and bed saturation degree
吸附条件 | 床层利用率/% | 无效层长度/cm | |
---|---|---|---|
层片间距/mm(层片厚度0.8 mm) | 0.2 | 51.1 | 9.78 |
0.5 | 48.2 | 10.36 | |
0.8 | 45.7 | 10.86 | |
层片厚度/mm(层片间距0.2 mm) | 0.4 | 68.2 | 6.36 |
0.6 | 61.8 | 7.64 | |
0.8 | 51.1 | 9.78 | |
吸附压力/MPa(流量100 ml·min-1) | 0.2 | 46.3 | 10.74 |
0.4 | 51.1 | 9.78 | |
0.8 | 57.5 | 8.51 | |
进气流量/(ml·min-1)(压力0.4 MPa) | 60 | 60.1 | 7.98 |
100 | 51.1 | 9.78 | |
140 | 45.2 | 10.96 |
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