Proces výroby kyslíku adsorpční separací vzduchu s kolísáním tlaku zahrnuje přenos hmoty, přenos tepla a přenos hybnosti. Změny tlaku, koncentrace a teploty v systému jsou složité a obtížně měřitelné. Spoléhat se na jednoduchý experimentální výzkum má velká omezení a je obtížné získat vnitřní mechanismus adsorpčního separačního procesu. Ve srovnání s rychlou propagací průmyslových aplikací je proto potřeba posílit mnoho výzkumných prací.
Software FLUENT pro výpočetní dynamiku tekutin (CFD) se používá pro numerickou simulaci produkce kyslíku adsorpcí při kolísání tlaku. Model jednofázového porézního média v plynné fázi nemůže vyjádřit přenos hmoty a přenos tepla mezi adsorpčními částicemi plynu a pevných látek. Dvoufázový přenos hmoty plyn-pevná látka a přenos tepla v separačním procesu adsorpce s kolísáním tlaku jsou vyjádřeny pomocí vlastního programování. Jednofázový model je vylepšen na dvoufázový model adsorpce s kolísáním tlaku plyn-pevná látka, je analyzována interakce mezi dvoufázovým plynem a pevnou fází v procesu adsorpčního cyklu s kolísáním tlaku a je analyzován vnitřní mechanismus adsorpce s kolísáním tlaku. prozkoumány. Metoda CFD byla použita ke studiu účinků průměru částic a rychlosti zpětného proplachu na výkon produkce PSA kyslíku, aby bylo možné lépe vést experiment a analyzovat zákon distribuce proudění v adsorpčním náplňovém loži. Hlavní obsah je:
Na základě základního principu výroby kyslíku pro separaci vzduchu PSA byl stanoven její model rychlosti přenosu hmoty a dvoufázový rovnovážný model. Funkce uživatelem definované funkce (UDF) FLUENT byla použita ke spojení modelu přenosu hmoty a modelu rovnováhy s modelem porézního média, aby se odrážel efekt dvoufázového přenosu hmoty plyn-pevná látka. Prostřednictvím uživatelem definované skalární (UDS) funkce byla zavedena energetická rovnice pevné fáze, aby se integroval jednofázový model porézního média do úplnějšího modelu PSA s pevným naplněným ložem s dvoufázovým průtokem plyn-pevný proud. Spolehlivost PSA modelu dvoufázového proudění plyn-pevná látka byla ověřena z hledisek simulace a experimentálního srovnání Langmuirovy izotermické křivky komponent, testu nezávislosti na mřížce, srovnání použití viskozitního modelu, resp. simulace a experimentální srovnání průměrné molární frakce kyslíku na výstupu.
Na základě zavedeného spolehlivého modelu PSA s dvoufázovým prouděním byl simulován a analyzován běžně používaný cyklus výroby kyslíku PSA se čtyřmi lůžky a distribuce molárních frakcí kyslíku v plynné fázi v adsorpčním loži na konci čtyř kroků v byly získány různé cykly, adsorpční koncentrace složek v pevné fázi a změna dvoufázové teploty. Výsledky ukazují, že maximální molární podíl kyslíku na konci prvního cyklu může dosáhnout 72.0 %, míra obnovy je asi 31,4 % a dvoufázová teplota plynu a pevné látky kolísá kolem 10 K. Během cyklu neustáleného stavu se molární podíl kyslíku a rychlost regenerace zvyšují se zvyšujícím se počtem cyklů, ale rychlost nárůstu se postupně snižuje a ustáleného stavu je dosaženo v šestém cyklu. Po stabilizaci cyklu může maximální molární podíl kyslíku dosáhnout 99,9 % a míra regenerace kyslíku je přibližně 39,5 %. Adsorpční koncentrace složky v pevné fázi závisí pouze na molární koncentraci složky v plynné fázi a nemá žádný nutný vztah k molárnímu podílu složky v plynné fázi.
Změna teploty plyn-pevná látka ve dvoufázové oblasti porézních médií je způsobena především adsorpcí a desorpcí dusíku. Dvoufázový model adsorpce s kolísáním tlaku byl použit ke studiu účinků průměru částic a rychlosti zpětného proplachu na koncentraci a hodnotu výtěžku kyslíku v produktu produkce kyslíku s adsorpcí s kolísáním tlaku. Když byla rychlost zpětného proplachu 0,6, simulační srovnání s použitím průměrů částic 0,4 mm, 0,8 mm, 1,6 mm, 3,2 mm a 6,4 mm ukázalo, že existuje optimální velikost částic 1,6 mm, což umožnilo průměrnému molárnímu podílu kyslíku při produkci plynu a rychlosti regenerace kyslíku dosáhnout maximálních hodnot, které byly 99,7 %, resp. 39,5 %. Když byl průměr částice 1,6 mm, výsledky simulace rychlostí zpětného proplachu 0,4, 0,5, 0,6, 0,7 a {{ 31}},8 byly porovnány a bylo zjištěno, že míra regenerace kyslíku dosáhla své maximální hodnoty, když byla rychlost zpětného proplachu 0,6.
