颗粒填充的微小通道内VOC冷凝吸附耦合特性的研究

VOC(volatile organic compounds) condensation and adsorption recovery in micro/mini channel is much prospective in organic waste gas treatment due to its high performance, low cost and short process. This project aims to study the coupling properties of VOC condensation and adsorption with theoretical model establishment and the corresponding experiment. The competition effect mechanism of temperature gradient and the concentration gradient is investigated to reveal the influence factors of heat and mass transfer during condensation and adsorption process. The interaction between VOC molecules and wall/particle molecules is analyze the diffusion in micro pores and surface adsorption of particles; meanwhile, heat transfer between VOC molecules is explored to find out VOC condensation mechanism. The heat transfer correlation for the process of condensation and adsorption is established, the regulation of the pressure drop in micro/mini-channel packed with adsorbent particles is analyzed. Based on this project, heat and mass transfer theories in engineering thermophysics are promoted, and provide the theoretical basis for VOC recovery with condensation-adsorption method.

微小通道冷凝吸附耦合法回收VOC是极具前景的有机废气治理技术，具有高效率、低成本、短流程的特点。本项目围绕冷凝吸附耦合的热质传递问题进行系统的理论与实验研究。建立微小通道内热质耦合传递的数学模型，研究该过程中温度梯度与浓度梯度两种推动力的竞争作用机制，揭示微小通道内有机废气冷凝吸附耦合传递过程中传热传质的影响因素，研究常见挥发性有机气体正丁烷、异丁烷及甲烷分子与颗粒分子、壁面分子间以及气体分子间的相互作用及其碰撞过程，分析气体分子在微孔隙中的扩散运动及其颗粒表面的吸附过程；同时探讨气体分子与通道壁面以及颗粒间的热量传递，从微观角度分析其冷凝机制。建立冷凝吸附耦合过程的传热关联式，探明颗粒堆积的微通道内两相流体压力降变化的规律。项目实施将丰富工程热物理热量及质量传递的理论并为利用微小通道冷凝吸附耦合回收VOC提供理论依据。

颗粒填充微小通道内VOC冷凝吸附耦合特性是VOC冷凝吸附耦合回收过程中的重要关键问题。随着微加工技术的不断发展，微通道传热强化技术被广泛应用于工业生产的各个领域，利用微通道的强化传热作用，可以大大提高VOC的回收效率。.本项目针对前期VOC回收技术领域普遍存在的回收能耗高、回收效率低的问题，采用微通道传热强化技术，研制了微通道冷凝吸附耦合传热实验平台，在此平台上研究了流体在不同结构微通道内的流动和传热情况。借助先进的可视化实验手段，获得了不同气液比下流体气液相界面的迁移及演化的直观影响，通过数字图像分析手段，得到了不同气液比下相界面迁移规律和演变图谱；通过测量不同壁面热通量下流场、压力场和温度场的分布，获得了微尺度效应和界面效应对强化传热过程的协同作用机制。.本项目的研究成果，解决了VOC回收领域长期存在的回收效率低、能耗高、排放气体不达标的问题，揭示了微尺度条件下流体传热流动吸附耦合的作用机理，并建立了微尺度下气液传热强化的预测模型，为微通道技术在VOC回收领域的进一步应用提供了理论依据和研究基础。具有重要的学术价值和广阔的应用前景。本研究的成果，对实现VOC气体高效低耗排放、改善环境质量等方面具有重要的社会意义。