均一化吸附床数学模型对吸附剂除湿过程的分析

摘要

吸附式除湿以其显著的节能和环保优势引起了越来越多人的关注。随着材料科学的发展，产生了许多能应用在除湿系统中的新材料，例如通过在多孔材料中掺杂卤素盐或铝、钛等金属，得到的新材料具有比原多孔材料更好的吸附能力。如果能将这些新材料应用到除湿系统中来，将极大地提高除湿效率、降低系统能耗。因此，本文的主要工作就是从众多的新材料中将适用于除湿系统的材料筛选出来，并通过模拟计算对材料的实际运行参数进行理论分析，最终得到材料在不同工况条件下的除湿效率。为材料的实际应用打下理论基础。
　　 基于大风量的要求，因此吸附除湿系统选用的物理模型为吸附床，在模拟过程中，分析的是材料在不同工况条件下吸附循环的整体性能，而且现在吸附床内肋片间距都设得较小，将吸附床作均一化处理引起的误差不大，因此建立均一化吸附床吸附模型。根据微孔吸附速度方程、质量守恒与能量守恒方程建立数学模型，使用有限差分法对方程组进行求解。
　　 初步挑选出4种比较有代表性的吸附剂，选择粗孔硅胶进行对比，通过对5种吸附剂吸附过程的分析，发现：①M1-0001体现出了最优的比除湿效率，比传统粗孔硅胶提高了55％，而且比能耗降低了33.8％；②NW-1.62有最小的再生空气消耗，比传统粗孔硅胶降低了51％，比除湿效率也提高了37％；③Al掺杂硅胶具有优秀的耐热及机械性能，比除湿效率与粗孔硅胶相比也提高了46％，比能耗降低了29.8％。因此这3种吸附剂都是可以应用到除湿系统中的优秀吸附剂。
　　 通过分析温度与湿度的变化对吸附剂除湿过程的影响得出：温度越高，吸附剂的除湿效率越低，持续工作时间越短；含湿量越大，材料的除湿效率越高。吸附剂总是存在一个能得到最大比除湿效率的吸附时间，在吸附饱和时解湿也可以得到最小的比能耗，在实际除湿过程中可以通过对比除湿效率和比能耗的具体要求选择除湿时间。