Процес виробництва кисню за допомогою адсорбційної сепарації повітря при зміні тиску включає масообмін, теплообмін і передачу імпульсу. Зміни тиску, концентрації та температури в системі є складними і їх важко виміряти. Покладання на прості експериментальні дослідження має великі обмеження, і важко отримати внутрішній механізм процесу адсорбційного розділення. Тому, порівняно зі швидким просуванням промислових застосувань, існує багато дослідницьких робіт, які потрібно посилити.
Програмне забезпечення FLUENT для обчислювальної гідродинаміки (CFD) використовується для чисельного моделювання виробництва кисню за допомогою адсорбції при зміні тиску. Модель газофазного однофазного пористого середовища не може виразити масообмін і теплообмін між газом і твердими адсорбційними частинками. Двофазний масообмін і теплообмін газ-тверда речовина в процесі адсорбційного поділу з коливанням тиску виражаються за допомогою спеціального програмування. Однофазну модель вдосконалено в модель адсорбції з коливанням тиску двофазного потоку газ-тверде тіло, аналізується взаємодія між двофазним газом і твердим тілом у процесі циклу адсорбції з коливанням тиску, а також внутрішній механізм адсорбції з коливанням тиску. досліджено. Метод CFD використовувався для вивчення впливу діаметра частинок і швидкості зворотного потоку на продуктивність виробництва кисню PSA, щоб краще керувати експериментом і аналізувати закон розподілу потоку в адсорбційно наповненому шарі. Основний вміст:
На основі основного принципу виробництва кисню з повітряної сепарації PSA було визначено модель його масообміну та модель двофазної рівноваги. Функція призначеної для користувача функції (UDF) FLUENT була використана для поєднання моделі масопереносу та моделі рівноваги з моделлю пористого середовища, щоб відобразити ефект двофазного масопереносу газ-тверде тіло. За допомогою визначеної користувачем скалярної функції (UDS) рівняння енергії твердої фази було введено для інтеграції однофазної моделі пористого середовища в більш повну модель газо-твердого двофазного потоку PSA виробництва кисню з нерухомим шаром. Надійність моделі PSA двофазного потоку газ-тверде тіло було перевірено з аспектів моделювання та експериментального порівняння кривої ізотерми Ленгмюра компонентів, тесту на незалежність сітки, порівняння використання моделі в’язкості та моделювання та експериментальне порівняння середньої молярної частки кисню на виході.
На основі встановленої надійної моделі двофазного потоку PSA було змодельовано та проаналізовано широко використовуваний двошаровий чотириетапний цикл виробництва кисню PSA, а також розподіл молярної частки кисню в газовій фазі в шарі адсорбції в кінці чотирьох етапів у різних циклів отримано адсорбційну концентрацію компонентів у твердій фазі та зміну температури двох фаз. Результати показують, що максимальна молярна частка кисню в кінці першого циклу може досягати 72.0%, швидкість відновлення становить приблизно 31,4%, а температура двофазної фази газ-тверда речовина коливається близько 10 К. Під час нестаціонарного циклу молярна частка кисню та швидкість відновлення зростають зі збільшенням кількості циклів, але швидкість збільшення поступово зменшується, і стаціонарний стан досягається в шостому циклі. Після стабілізації циклу максимальна мольна частка кисню може досягати 99,9%, а швидкість відновлення кисню становить приблизно 39,5%. Адсорбційна концентрація компонента в твердій фазі залежить тільки від молярної концентрації компонента в газовій фазі і не має необхідного зв’язку з молярною часткою компонента газової фази.
Зміна температури газ-тверде тіло в двофазній області пористих середовищ відбувається в основному за рахунок адсорбції та десорбції азоту. Модель адсорбції з коливанням тиску в двофазному потоці використовувалася для вивчення впливу діаметра частинок і швидкості зворотного промивання на концентрацію та значення відновлення кисню в продукті виробництва кисню з адсорбцією з коливаннями тиску. Коли швидкість зворотного промивання становила 0.6, симуляційні порівняння з використанням діаметрів частинок 0.4 мм, 0.8 мм, 1,6 мм, 3,2 мм і 6,4 мм показали, що існував оптимальний розмір частинок 1,6 мм, що дозволило досягти максимальних значень середньої молярної частки кисню в утворенні газу та швидкості відновлення кисню, які становили 99,7% і 39,5% відповідно. Коли діаметр частинок становив 1,6 мм, результати моделювання швидкості зворотного промивання становили 0.4, 0.5, 0.6, 0.7 і {{ 31}}.8 порівнювали, і було виявлено, що швидкість відновлення кисню досягла свого максимального значення, коли швидкість зворотного промивання становила 0.6.
