挥发性有机废气(VOCs)的治理与控制技术是目前环保业的一个研究热点。吸附法由于具有设备简单、操作简易、能耗低等优点,目前普遍被采用于VOCs的净化处理。本文以VOCs中的丙酮蒸气作为研究对象,采用吸附/脱附及变压吸附法分离并回收丙酮-空气混合气体中的丙酮蒸气。实验研究内容主要分为两个部分:操作参数(如丙酮蒸气的进料浓度、吸附/脱附过程的操作温度、脱附压力)对吸附/脱附分离回收丙酮蒸气柱内温度及浓度动态行为的影响;变压吸附分离回收丙酮蒸气的温度变化分析。结果表明:吸附和脱附浓度曲线的斜率受进料浓度的影响,进料浓度越大,浓度曲线的斜率越大;在不同吸附/脱附温度条件下的吸附和脱附浓度曲线的形状不变,只是随温度的变化左右平移;吸附剂平衡吸附量与吸附压力有关,在真空脱附条件下,真空度越小,脱附曲线越陡峭;在低压情况下由于毛细凝结现象,脱附曲线会出现维持;不同柱内位置的温度曲线随着时间的变化在吸附和脱附阶段呈正态分布;变压吸附过程中,在吸附阶段有效传热系数越小的温度上升速率越大,在脱附阶段有效传热系数越大的温度下降速率越大。文章根据吸附数学模型的发展,从影响吸附及变压吸附过程性能的主要因素和数值计算方法的简单、准确性出发,建立了吸附及变压吸附的数学模型。模型包括:流体流动模型采用轴向分散活塞流模型;用微孔填充理论的D-R方程表征气固相间的吸附平衡;线性推动力模型(LDF)表示气固相之间的传质;考虑吸附过程的热效应;采用Clausius-lapeyron公式计算了等量吸附热;采用Krista S.Walton的Cpa计算式计算被吸附相的热熔;偏微分方程组离散方法采用有限差分法,数学模型利用Athena visual workbench进行求解。本文采用的模型考虑了轴向分散、热效应、传质阻力等诸多影响过程性能的重要因素,接近真实情况,所用的离散方法简单,收敛快,求解程序界面友好。文章应用提出的数学模型和采用数值计算方法模拟了吸附/脱附及变压吸附过程分离回收丙酮蒸气的过程。模拟了在吸附/脱附过程中,进料浓度、吸附/脱附温度及脱附压力操作条件变化下的柱内动态变化;模拟了变压吸附条件下稳定和非稳定状态下温度的动态变化。该模型能够扩展用于吸附及变压吸附分离回收挥发性有机废气过程的模拟。本文通过对吸附和变压吸附分离回收丙酮有机废气的实验及数学模拟研究,对于认识吸附和变压吸附过程操作条件对过程性能的影响和温度组成的动态变化十分有效,对于指导试验工作、进行过程的优化设计有着重要意义,为进一步模拟多组分有机废气吸附分离的工业PSA过程打下基础。