[发明专利]一种预测固定吸附床传质行为模型的建模方法

权利要求书

1.一种预测固定吸附床传质行为模型的建模方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤一：为了建立固定床吸附传质动力学模型，提出假设条件；

步骤二：固定床整体流体相质量平衡方程建立；

步骤三：建立无外扩散阻力时相界面耦合条件；

步骤四：建立无外扩散阻力时固定床吸附动力学模型；

步骤五：建立有外扩散阻力时相界面耦合条件；

步骤六：建立有外扩散阻力时固定床吸附动力学模型；

步骤七：对所建立的数学模型选取合适的拉普拉斯数值反演方法求解。

2.根据权利要求1所述的建模方法，其特征在于：所述步骤一中的假设条件如下：

1)整个固定吸附床的压降忽略不计；

2)固定吸附床整个系统保持恒温，或者认为温度的变化对系统的影响很小；

3)在吸附和解吸的过程中，固定吸附床中流体相流体速度是恒定的；

4)流型由平推流模型来描述；

5)被吸附组分的热力学平衡关系使用线性平衡等温线。

3.根据权利要求1-2中任一项所述的建模方法，其特征在于：所述步骤二包含以下分步骤：步骤2.1：固定床流体相质量平衡通过下式确定

其中，其中ε_b是床的空隙率；C和q_avg分别是在距床的入口x的距离处的被吸附物的液相和平均颗粒内浓度；v是床中流体相的间隙速度或真实速度，根据定义，它是表面速度u_s比上床层孔隙率；假设初始床层为空床或处于零吸附状态，然后引入单位脉冲输入；流体相质量平衡方程的初始条件和边界条件通过下面的公式确定

C＝0 at t＝0 for x≥0

C＝C_refδ(t)at x＝0 for t＞0

q_avg＝0 at t＝0 for x＝0

C_ref是流体相的参考浓度，服从线性关系，δ_(t)是狄拉克函数；

步骤2.2：引入以下无量纲量

其中L为床层高度，并做如下定义：

其中，R是吸附剂颗粒半径，D_e是有效孔扩散系数；

步骤2.3：利用上述定义将流体相质量守恒方程转换为

步骤2.4：对无量纲化后得流体相质量守恒方程结合线性系统理论进行拉普拉斯变换如下式

4.根据权利要求1-2中任一项所述的建模方法，其特征在于：所述步骤三包含以下分步骤：步骤3.1：无外扩散阻力时相界面耦合条件通过下式确定

q_s＝KC_s

步骤3.2：对无外扩散阻力时相界面耦合条件无量纲化

f^*(t^*)＝C^*

步骤3.3：对步骤3.2的方程进行拉普拉斯变换

5.根据权利要求4所述的建模方法，其特征在于：所述步骤四包含以下分步骤：

步骤4.1：将步骤2.4得到的流体相质量守恒方程与步骤3.3的相耦合条件联立如下式

步骤4.2：求解无外扩散时固定床吸附模型的解

脉冲输入时的响应为

阶跃输入时的响应为

6.根据权利要求1-2中任一项所述的建模方法，其特征在于：所述步骤五包含以下分步骤：

步骤5.1：有外扩散阻力时相界面耦合条件通过下式确定

q_avg＝0 at t＝0 for x≥0

其中，k_f是外部液相传质系数，q_s是吸附相在粒子表面的浓度，K是亨利常数；

步骤5.2：对有外扩散阻力时相界面耦合条件进行无量纲化

步骤5.3：对步骤5.2的方程进行拉普拉斯变换

其中Bi为Biot数，由下式确定