设计吸附塔的方法技术

公开了一种优化吸附塔设计参数的方法，该方法包括为基于色谱法和离子交换的吸附工艺开发第一动力学模型和线性驱动力模型。然后使用该第一动力学模型和该线性驱动力模型两者的分析解来确定该设计参数的最佳范围。的分析解来确定该设计参数的最佳范围。的分析解来确定该设计参数的最佳范围。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】设计吸附塔的方法
相关申请的交叉引用
[0001]本申请要求于2020年10月16日提交的美国临时专利申请号63/093,054的优先权权益，该美国临时专利申请的全部内容据此全文以引用方式并入。


[0002]本专利技术总体上涉及基于吸附的分离工艺。更具体地，本专利技术涉及使用多于一种数值模型优化吸附塔参数的方法。

技术介绍

[0003]液体混合物的分离是化学行业中用于纯化产品和/或回收未反应材料的重要过程。传统上，吸附塔往往在工业处理设施(例如，化学、石化、环境等)中用于从源材料或流体中去除杂质或不希望的内容物。
[0004]吸附是来自一种物质的原子或分子粘附到另一种物质的表面。吸附塔通常包括催化剂和/或分离吸附材料，该催化剂和/或分离吸附材料引发或导致所需化学物质(也称为被吸附物)吸附到其表面。这种催化剂和/或吸附剂材料被称为吸附塔填料，并且该填料用于引发或增强吸附过程。填料可为松散的，并且在这种情况下，填料可能位于结构内以将填料保持在适当位置，该结构通常被称为“床”。
[0005]传统的吸附过程，诸如采用包括活性炭和离子交换树脂(阳离子、阴离子、除醛树脂等)的吸附剂的吸附过程通常是缓慢的质量传递过程。由于较快的穿透时间导致较短的循环时间和较低的吸附剂(例如，树脂)利用率，所以此类过程利用吸附剂(例如，树脂)的频繁再生。这种过程还可能使用大量的再生溶剂并产生大量的废水，这会导致在操作成本、可持续性和遵守环境法规方面的挑战。
[0006]总的来说，虽然存在用于使用吸附塔分离化合物的系统和方法，但鉴于传统方法的至少上述缺陷，这种领域仍然需要改进。

技术实现思路

[0007]已经发现与基于吸附塔的分离过程相关联的上述问题中的至少一些问题的解决方案。解决方案在于通过使用Thomas动力学模型和线性驱动力模型确定吸附塔参数的最佳范围。与使用经验相关性来确定吸附塔参数的传统方法相比，这可能有益于提供更精确的确定吸附塔参数的方法以实现最佳吸附效率。此外，所公开的方法包括构建和使用算法来确定最佳参数范围，从而比传统方法更快地达到最佳吸附塔设计。另外，所公开的方法对Thomas动力学模型和线性驱动力模型两者都使用分析解，从而提供更完整和准确的解决方案。此外，所公开的方法能够提供吸附塔的设计参数，与针对吸附塔的所有应用使用通用设计的传统方法相比，该等设计参数针对广泛应用中的每一种应用专门优化。因此，该方法至少为与用于设计和使用用于化学分离的吸附塔的传统方法相关联的问题中的一些问题提供了技术解决方案。
[0008]本专利技术的实施方案包括一种确定吸附塔参数的最佳范围的方法。该方法包括导出吸附塔的色谱和离子交换动力学模型的分析解。该方法包括导出线性驱动力模型的分析解。分析解中的每个分析解包括吸附塔中被吸附物的浓度与被吸附物的进料浓度之间的数学相关性。该方法包括基于两种分析解中的每种分析解，针对与参数对应的无量纲数的值生成吸附塔中的被吸附物的浓度的数据。该方法包括基于通过使用两种分析解生成的数据来确定参数的最佳范围。
[0009]本专利技术的实施方案包括一种获得吸附塔参数的最佳范围的方法。该方法包括为吸附塔建立用于色谱法和离子交换的Thomas动力学模型。该方法包括为吸附塔建立线性驱动力模型。该方法包括导出包括Thomas动力学模型在内的色谱法和离子交换动力学模型的分析解。Thomas动力学模型的分析解包括：其中A1＝k
d
/Q，其中k
d
为吸附塔的吸附剂上被吸附物的解吸系数并且Q为含被吸附物的溶液的体积流量；B＝k
a
q
m
/Q，k
a
为吸附塔中吸附剂上的被吸附物的吸附系数，q
m
为每单位质量吸附剂的被吸附物的浓度；x
′
为距吸附塔入口任意距离处的吸附剂的质量，y＝Qt
‑
mx
′
，t为吸附塔中被吸附物的浓度为c的时间点，m为每单位质量吸附剂的自由空间(ml/mg)，物的浓度为c的时间点，m为每单位质量吸附剂的自由空间(ml/mg)，物的浓度为c的时间点，m为每单位质量吸附剂的自由空间(ml/mg)，x是吸附塔中含有被吸附物的溶液的流体动力学入口长度。该方法包括导出线性驱动力模型的分析解，其中线性驱动力模型的分析解包括：其中c为吸附塔中被吸附物的浓度；c0是被吸附物的初始浓度；A为误差正态曲线的面积；t为吸附塔中被吸附物的浓度为c的时间点，θ为穿透曲线中拐点处的时间；N为吸附塔的理论当量塔板数；∈＝D/r2，其中D为被吸附物在球形粒子中的扩散系数；r是球形粒子的粒子半径。该方法包括使用两种分析解中的每种分析解，针对与参数对应的无量纲数的值生成吸附塔中被吸附物的浓度的数据。该方法包括基于通过使用两种分析解生成的数据来确定参数的最佳范围。
[0010]本专利技术的实施方案包括一种获得吸附塔的长径比的最佳范围的方法。该方法包括为吸附塔建立用于色谱法和离子交换的Thomas动力学模型。该方法包括为吸附塔建立线性驱动力模型。该方法包括导出包括Thomas动力学模型在内的色谱法和离子交换动力学模型的分析解。Thomas动力学模型的分析解包括：的分析解。Thomas动力学模型的分析解包括：其中A1＝k
d
/Q，其中k
d
为吸附塔的吸附剂上被吸附物的解吸系数并且Q为含被吸附物的溶液的体积流量；B＝k
a
q
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/Q，k
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为吸附塔中吸附剂上的被吸附物的吸附系数，q
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为每单位质量吸附剂的被吸附物的浓度；x
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为距吸附塔入口任意距离处的吸附剂的质量，y＝Qt
‑
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′
，t为吸附塔中被吸附物的浓度为c的时间点，m为每单位质量吸附剂的自由空间(ml/mg)，吸附物的浓度为c的时间点，m为每单位质量吸附剂的自由空间(ml/mg)，吸附物的浓度为c的时间点，m为每单位质量吸附剂的自由空间(ml/mg)，x是吸附塔中含有被吸附物的溶液的流体动力学入口长度。该方法包括导出线性驱动力模型的分析解。线性驱动力模型的分析解包括：
其中c为吸附塔中被吸附物的浓度；c0是被吸附物的出口浓度；A为误差正态曲线的面积；t为吸附塔中被吸附物的浓度为c的时间点，θ为穿透曲线中拐点处的时间；N为吸附塔的理论当量塔板数；∈＝D/r2，其中D为被吸附物在球形粒子中的扩散系数；r是球形粒子的粒子半径。该方法包括使用两种分析解中的每种分析解，针对长径比的值生成吸附塔中被吸附物的浓度的数据。该方法包括通过选择长径比范围来确定长径比的最佳范围，其中基于两种分析解生成的数据显示出基本上相同的趋势并且吸附效率相关变量达到全局最大值和/或最小值。
[0011]以下包括贯穿本说明书使用的各种术语和短语的定义。
[0012]术语“约”或“大约”被定义为接近于本领域普通技术人员所理解的。在一个非限制性实施方案中，术语被定义为在10％以内，优选本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】所要求保护的是：1.一种确定吸附塔参数的最佳范围的方法，所述方法包括：导出所述吸附塔的色谱法和离子交换动力学模型的分析解；导出线性驱动力模型的分析解，其中所述分析解中的每个分析解包括所述吸附塔中的被吸附物的浓度与所述被吸附物的进料浓度之间的数学相关性；基于所述两种分析解中的每种分析解，针对与所述参数对应的无量纲数的值生成所述吸附塔中的所述被吸附物的所述浓度的数据；以及基于使用所述两种分析解生成的所述数据确定所述参数的最佳范围。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述离子交换动力学模型包括用于吸附塔的色谱法和离子交换的Thomas动力学模型。3.根据权利要求2所述的方法，其中所述Thomas动力学模型的所述分析解包括：其中A1＝k
d
/Q，其中k
d
为所述吸附塔的吸附剂上所述被吸附物的解吸系数并且Q为含所述被吸附物的溶液的体积流量；B＝k
a
q
m
/Q，k
a
为所述吸附塔中所述吸附剂上的所述被吸附物的吸附系数，q
m
为每单位质量所述吸附剂的所吸附物质的浓度；x
’
为距所述吸附塔入口任意距离处的所述吸附剂的质量，y＝Qt
‑
mx
′
，t为所述吸附塔中所述被吸附物的浓度为c的时间点，m为每单位质量所述吸附剂的自由空间(ml/mg)，附剂的自由空间(ml/mg)，附剂的自由空间(ml/mg)，附剂的自由空间(ml/mg)，附剂的自由空间(ml/mg)，和x是所述吸附塔中含有所述被吸附物的溶液的流体动力学入口长度。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述线性驱动力模型的所述分析解包括：其中c为所述吸附塔中被吸附物的浓度；c0是所述被吸附物的初始浓度；A为误差正态曲线的面积；t为所述吸附塔中所述被吸附物的浓度为c的时间点，θ为穿透曲线中拐点处的时间；N为所述吸附塔的理论当量塔板数；∈＝D/r2，其中D为所述被吸附物在球形粒子中的扩散系数；r是所述球形粒子的粒子半径。5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中所述吸附塔的参数包括所述吸附塔的长度、所述吸附塔的直径、所述吸附塔的长径比、所述吸附塔的入口长度、所述吸附塔的被吸附物轴向分布、所述吸附塔的流动方向、通过估计施密特数和/或轴向佩克莱特数得到的波前发展，或它们的组合。6.根据权利要求1

【专利技术属性】
技术研发人员：A，
申请(专利权)人：SABIC环球技术有限责任公司，
类型：发明
国别省市：