Procesul de producere a oxigenului prin separarea aerului prin adsorbție prin variație de presiune implică transfer de masă, transfer de căldură și transfer de impuls. Schimbările de presiune, concentrație și temperatură în sistem sunt complexe și greu de măsurat. Bazarea pe cercetări experimentale simple are limite mari și este dificil de obținut mecanismul intern al procesului de separare prin adsorbție. Prin urmare, în comparație cu promovarea rapidă a aplicațiilor industriale, există multe lucrări de cercetare care trebuie consolidate.
Software-ul de dinamică computațională a fluidelor (CFD) FLUENT este utilizat pentru simularea numerică a producției de oxigen prin adsorbția prin variație de presiune. Modelul de mediu poros monofazat cu fază gazoasă nu poate exprima transferul de masă și transferul de căldură între particulele de adsorbție de gaz și solide. Transferul de masă în două faze gaz-solid și transferul de căldură în procesul de separare prin adsorbție prin variație de presiune sunt exprimate prin programare personalizată. Modelul monofazat este îmbunătățit într-un model de adsorbție cu fluctuație de presiune a fluxului în două faze gaz-solid, este analizată interacțiunea dintre bifaza gaz-solid în procesul ciclului de adsorbție a variației presiunii, iar mecanismul intern de adsorbție a oscilației presiunii este explorat. Metoda CFD a fost utilizată pentru a studia efectele diametrului particulelor și ale ratei de spălare inversă asupra performanței producției de oxigen PSA, pentru a ghida mai bine experimentul și pentru a analiza legea distribuției fluxului în patul plin de adsorbție. Conținuturile principale sunt:
Pe baza principiului de bază al producției de oxigen prin separarea aerului PSA, s-au determinat modelul său de viteză de transfer de masă și modelul de echilibru în două faze. Funcția definită de utilizator (UDF) a FLUENT a fost utilizată pentru a cupla modelul de transfer de masă și modelul de echilibru cu modelul mediu poros pentru a reflecta efectul de transfer de masă în două faze gaz-solid. Prin funcția scalară definită de utilizator (UDS), ecuația energiei în fază solidă a fost introdusă pentru a integra modelul monofazat mediu poros într-un model mai complet gaz-solid cu flux bifazic PSA producție de oxigen cu pat fix. Fiabilitatea modelului PSA cu debit bifazic gaz-solid a fost verificată din aspectele de simulare și comparare experimentală a curbei izotermei Langmuir a componentelor, testul de independență a rețelei, compararea utilizării modelului de vâscozitate și simularea și compararea experimentală a fracției molare medii de oxigen la ieșire.
Pe baza modelului fiabil de PSA cu flux în două faze stabilit, a fost simulat și analizat ciclul de producție de oxigen PSA în două paturi, în patru etape, utilizat în mod obișnuit, iar distribuția fracției molare a oxigenului în fază gazoasă în patul de adsorbție la sfârșitul celor patru pași din s-au obtinut diferite cicluri, concentratia de adsorbtie a componentelor in faza solida si modificarea temperaturii bifazice. Rezultatele arată că fracția molară maximă de oxigen la sfârșitul primului ciclu poate ajunge la 72,0%, rata de recuperare este de aproximativ 31,4%, iar temperatura în două faze gaz-solid fluctuează în jurul valorii de 10K. În timpul ciclului non-staționar, fracția molară de oxigen și rata de recuperare cresc ambele odată cu creșterea numărului de cicluri, dar rata de creștere scade treptat și se atinge o stare de echilibru în al șaselea ciclu. După stabilizarea ciclului, fracția molară maximă de oxigen poate ajunge la 99,9%, iar rata de recuperare a oxigenului este de aproximativ 39,5%. Concentrația de adsorbție a componentului în faza solidă depinde numai de concentrația molară a componentului în faza gazoasă și nu are o relație necesară cu fracția molară a componentei în fază gazoasă.
Schimbarea temperaturii gaz-solid în regiunea bifazată a mediilor poroase se datorează în principal adsorbției și desorbției azotului. Modelul de adsorbție cu fluctuație de presiune a fluxului în două faze a fost utilizat pentru a studia efectele diametrului particulelor și ale vitezei de spălare în contra asupra concentrației și valorii de recuperare a oxigenului în produsul de producție de oxigen prin adsorbție prin variație de presiune. Când rata de spălare în contra era de 0,6, comparațiile de simulare folosind diametrele particulelor de 0,4 mm, 0,8 mm, 1,6 mm, 3,2 mm și 6,4 mm au arătat că a existat o soluție optimă. dimensiunea particulelor de 1,6 mm care a permis fracției molare medii de oxigen din producția de gaz și ratei de recuperare a oxigenului să atingă valorile maxime, care au fost de 99,7% și, respectiv, 39,5%. Când diametrul particulei a fost de 1,6 mm, rezultatele simularii ratelor de spălare inversă de 0,4, 0,5, 0,6, 0,7 și {{ 31}}.8 s-au comparat și s-a constatat că rata de recuperare a oxigenului a atins valoarea maximă atunci când rata de spălare în contra-spalare a fost 0.6.
