摘要：
近些年來,伴随着工業化程序的迅猛發展,環境污染問題也越來越明顯,尤其是大氣環境遭受了嚴重的污染.而大氣污染物的主要組分就是揮發性有機化合物.VOCs無論對環境還是對人體健康均會産生很大危害,不但能形成光化學煙霧而且還是導緻溫室效應,平流層臭氧損耗和細顆粒物PM2.5等二次大氣污染物生成的主要物質之一.甲苯是一種典型的VOCs,也是工業生産中常見的有機化工的原材料,作為溶劑廣泛用于塗料,染料等行業,通常以較低濃度大範圍的排放.目前為止,人們研究大量的方法用來去除甲苯,其中,催化燃燒法被認為是去除甲苯的最有效手段之一.催化燃燒法與熱力燃燒相比,無需連續施加大量外加熱源便能使甲苯充分燃燒,且不産生二次污染.本課題拟在甲苯催化燃燒的理論知識的研究基礎上,依據Mars-van Krevelen動力學模型,按照Ordanez進行的甲苯催化燃燒實驗條件進行模拟,避免了繁瑣,重複以及長周期的大批量測試.所選用的模拟軟體COMSOL Multiphysics是一款擁有強大多實體場耦合分析能力的大型有限元分析軟體,具有計算高效,性能穩定等優點,是以可以保證數值仿真的精确性和可信度.利用COMSOL軟體對低濃度甲苯分别在流通式反應器和壁流式反應器中的催化燃燒過程進行數值模拟研究,依據貴金屬Pt催化燃燒甲苯反應動力學方程,建立了考慮品質守恒,動量守恒,能量守恒的多實體場耦合二維數值仿真模型,并驗證了本研究模型的正确性.結果表明:壁流式反應器處理甲苯性能優于流通式反應器;足夠高的初始溫度能使甲苯完全燃燒,當初始溫度達到523K時,便可以完全消除甲苯;孔道寬度越小,甲苯反應的越充分,但過小的孔道不适用于實際工況;入口流速越低,甲苯的轉化率越高,但過低的入口流速會阻礙反應溫度上升;随着甲苯初始濃度升高,反應溫度及甲苯轉化率也越高.本研究對于揭示甲苯催化燃燒過程中多實體場耦合作用機制,實作甲苯的高效去除具有重要的指導意義.
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