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挥发性有机物(Volatile Organic Compounds,VOCs)是 PM2.5 和 O3 形成的关键前驱体,其严重破坏生态环境,影响人类身体健康。我国VOCs污染的防治工作相对滞后,开发高效的VOCs处理技术已刻不容缓。针对低浓度、大风量的VOCs废气,目前最佳的处理工艺为先进行吸附浓缩将其转变为高浓度、小风量的废气,再进行催化燃烧或冷凝回收。流化床具有床层温度均匀、传热传质快、处理量大、易于放大设计等优点,且多层浅流化床可以有效抑制固相返混和气泡形成,保证较高的传质效率和良好的气固接触。因此,本论文提出了多层浅流化床VOCs吸附浓缩技术方案,该方案采用双流化床进行吸附和脱附,实现了 VOCs的富集浓缩。基于该技术方案,本论文通过实验和数值模拟相结合的方法,系统的研究了多层浅流化床VOCs吸附和脱附规律。论文以HCP-5超高交联吸附树脂为吸附剂,测定了吸附剂的物理性质和流化性质,测量了 30～160℃下HCP-5吸附剂和邻二甲苯、乙酸乙酯、丙酮体系的吸附等温线,并用Langmuir吸附等温方程进行拟合。建立了固定床VOCs脱附穿透数学模型,结合固定床脱附穿透实验,采用最小二乘法拟合得到了邻二甲苯、乙酸乙酯、丙酮在不同温度下的脱附内传质系数。对比流化床吸附和脱附内外传质系数,研究发现,流化床吸附是以外传质为主的内外传质共同控制过程,而流化床脱附是以内传质为控制步骤的气固传质过程。与吸附过程相比,脱附过程吸附剂孔内的表面扩散对内传质的贡献减少,导致内传质系数显著下降。在多层浅流化床吸附塔和脱附塔中,开展了 VOCs吸附和脱附实验,研究了床层高度、气固流量比、床层总数对气体出口 VOCs浓度的影响。建立了基于内外传质系数的多层浅流化床VOCs吸附和脱附过程的数学模型,该数学模型可以较好的描述多层浅流化床内的VOCs吸附和脱附过程。通过数学模型计算,研究了废气VOCs浓度、床层总数、气固流量比、脱附气体温度等对多层流化床吸附塔和脱附塔气体出口 VOCs浓度的影响,并考察了不同废气VOCs浓度和VOCs种类对浓缩比的影响。研究发现,在多层流化床脱附过程中,当最上层的气相VOCs浓度大于该层吸附剂对应的平衡气相VOCs浓度时,吸附剂在最上层会发生吸附,VOCs浓度下降;对吸附剂进行预热可以消除此现象,并提高脱附塔的气体出口 VOCs浓度。随着脱附塔气固比的变化,多层流化床脱附塔的气体出口VOCs浓度存在最大值,该最大值随床层总数、脱附气体温度、吸附剂预热温度的增加而增加。针对300 mg/Nm3、20,000 Nm3/h的VOCs废气,设计了一套多层浅流化床吸附浓缩示范装置,采用建立的多层浅流化床吸附和脱附数学模型,设计了吸附塔和脱附塔的床层总数、吸附剂循环量、脱附气体流量和温度等工艺参数。该装置运行稳定,VOCs去除率达98%,浓缩比达17,满足VOCs排放和催化燃烧要求。多层浅流化床VOCs吸附浓缩工艺为低浓度、大风量的VOCs净化治理提供了一条切实可行的技术途径。