Процесс производства кислорода путем адсорбционного разделения воздуха под давлением включает в себя массоперенос, теплоперенос и передачу импульса. Изменения давления, концентрации и температуры в системе сложны и их трудно измерить. Использование простых экспериментальных исследований имеет большие ограничения, и трудно понять внутренний механизм процесса адсорбционного разделения. Таким образом, по сравнению с быстрым продвижением промышленного применения, существует множество исследовательских работ, которые необходимо усилить.
Программное обеспечение FLUENT для вычислительной гидродинамики (CFD) используется для численного моделирования производства кислорода путем адсорбции при переменном давлении. Модель газофазной однофазной пористой среды не может выразить массоперенос и теплообмен между газом и твердыми адсорбционными частицами. Двухфазный массоперенос и теплообмен в процессе адсорбционного разделения газ-твердое вещество выражаются посредством индивидуального программирования. Однофазная модель улучшена до модели адсорбции при переменном давлении с двухфазным потоком газ-твердое тело, анализируется взаимодействие между двухфазной фазой газ-твердое тело в процессе цикла адсорбции при переменном давлении, а также внутренний механизм адсорбции при переменном давлении. исследовал. Метод CFD использовался для изучения влияния диаметра частиц и скорости обратной продувки на производительность производства кислорода PSA, чтобы лучше направлять эксперимент и анализировать закон распределения потока в адсорбционном насадочном слое. Основное содержание:
На основе основного принципа получения кислорода воздушной сепарацией КСА были определены его модель скорости массопереноса и модель двухфазного равновесия. Функция пользовательской функции (UDF) FLUENT использовалась для объединения модели массопереноса и модели равновесия с моделью пористой среды для отражения эффекта двухфазного массопереноса газ-твердое тело. С помощью определяемой пользователем скалярной функции (UDS) было введено уравнение энергии твердой фазы для интеграции однофазной модели пористой среды в более полную модель двухфазного газо-твердого потока PSA для производства кислорода с фиксированным насадочным слоем. Надежность модели PSA двухфазного потока газ-твердое тело была проверена с точки зрения моделирования и экспериментального сравнения изотермической кривой Ленгмюра компонентов, теста независимости от сетки, сравнения использования модели вязкости и моделирование и экспериментальное сравнение средней мольной доли кислорода на выходе.
На основе установленной надежной модели PSA с двухфазным потоком был смоделирован и проанализирован широко используемый двухслойный четырехступенчатый цикл производства кислорода PSA, а также распределение мольной доли кислорода в газовой фазе в адсорбционном слое в конце четырех стадий в получены данные о различных циклах, концентрации адсорбции компонентов в твердой фазе и изменении двухфазной температуры. Результаты показывают, что максимальная мольная доля кислорода в конце первого цикла может достигать 72,0%, степень восстановления составляет около 31,4%, а двухфазная температура газ-твердое тело колеблется около 10К. Во время нестационарного цикла мольная доля кислорода и скорость восстановления увеличиваются с увеличением количества циклов, но скорость увеличения постепенно снижается, и устойчивое состояние достигается в шестом цикле. После стабилизации цикла максимальная мольная доля кислорода может достигать 99,9%, а степень восстановления кислорода составляет около 39,5%. Адсорбционная концентрация компонента в твердой фазе зависит только от мольной концентрации компонента в газовой фазе и не имеет необходимой связи с мольной долей компонента газовой фазы.
Изменение температуры газ-твердое тело в двухфазной области пористых сред происходит главным образом за счет адсорбции и десорбции азота. Модель адсорбции с переменным давлением в двухфазном потоке использовалась для изучения влияния диаметра частиц и скорости обратной промывки на концентрацию и степень извлечения кислорода в продукте производства кислорода при адсорбции с переменным давлением. Когда скорость обратной промывки составляла 0,6, сравнение моделирования с использованием частиц диаметром 0,4 мм, 0,8 мм, 1,6 мм, 3,2 мм и 6,4 мм показало, что существует оптимальная скорость промывки. размер частиц 1,6 мм, что позволило средней мольной доле кислорода в газодобыче и степени извлечения кислорода достичь максимальных значений, которые составили 99,7% и 39,5% соответственно. Когда диаметр частиц составлял 1,6 мм, результаты моделирования скоростей обратной промывки составляли 0.4, 0.5, 0.6, 0.7 и {{ 31}}.8 сравнивали, и было обнаружено, что скорость восстановления кислорода достигла максимального значения, когда скорость обратной промывки составляла 0.6.
