El proceso de producción de oxígeno mediante separación de aire por adsorción por cambio de presión implica transferencia de masa, transferencia de calor y transferencia de impulso. Los cambios de presión, concentración y temperatura en el sistema son complejos y difíciles de medir. Depender de investigaciones experimentales simples tiene grandes limitaciones y es difícil obtener el mecanismo interno del proceso de separación por adsorción. Por tanto, en comparación con la rápida promoción de aplicaciones industriales, hay muchos trabajos de investigación que deben fortalecerse.
El software de dinámica de fluidos computacional (CFD) FLUENT se utiliza para la simulación numérica de la producción de oxígeno mediante adsorción por cambio de presión. El modelo de medio poroso monofásico en fase gaseosa no puede expresar la transferencia de masa y la transferencia de calor entre partículas de adsorción gaseosas y sólidas. La transferencia de masa de dos fases gas-sólido y la transferencia de calor en el proceso de separación por adsorción por cambio de presión se expresan mediante programación personalizada. El modelo monofásico se mejora a un modelo de adsorción por cambio de presión de flujo bifásico gas-sólido, se analiza la interacción entre las dos fases gas-sólido en el proceso del ciclo de adsorción por cambio de presión y se analiza el mecanismo interno de adsorción por cambio de presión. explorado. El método CFD se utilizó para estudiar los efectos del diámetro de las partículas y la tasa de retrolavado en el rendimiento de la producción de oxígeno del PSA, con el fin de guiar mejor el experimento y analizar la ley de distribución del flujo en el lecho empacado de adsorción. Los contenidos principales son:
Con base en el principio básico de la producción de oxígeno por separación de aire del PSA, se determinaron su modelo de tasa de transferencia de masa y su modelo de equilibrio de dos fases. La función definida por el usuario (UDF) de FLUENT se utilizó para acoplar el modelo de transferencia de masa y el modelo de equilibrio con el modelo de medio poroso para reflejar el efecto de transferencia de masa de dos fases gas-sólido. A través de la función escalar definida por el usuario (UDS), se introdujo la ecuación de energía de la fase sólida para integrar el modelo monofásico de medio poroso en un modelo de lecho empaquetado fijo de producción de oxígeno PSA de flujo bifásico gas-sólido más completo. La confiabilidad del modelo PSA de flujo bifásico gas-sólido se verificó a partir de los aspectos de la simulación y comparación experimental de la curva isotérmica de Langmuir de los componentes, la prueba de independencia de la red, la comparación del uso del modelo de viscosidad y la Simulación y comparación experimental de la fracción molar promedio de oxígeno en la salida.
Con base en el modelo PSA de flujo de dos fases confiable establecido, se simuló y analizó el ciclo de producción de oxígeno PSA de cuatro pasos de dos lechos comúnmente utilizado, y se analizó la distribución de la fracción molar de oxígeno en fase gaseosa en el lecho de adsorción al final de los cuatro pasos. diferentes ciclos, se obtuvo la concentración de adsorción de los componentes en la fase sólida y el cambio de temperatura de las dos fases. Los resultados muestran que la fracción molar de oxígeno máxima al final del primer ciclo puede alcanzar el 72,{5}}%, la tasa de recuperación es de aproximadamente el 31,4% y la temperatura de dos fases gas-sólido fluctúa alrededor de 10K. Durante el ciclo no estacionario, la fracción molar de oxígeno y la tasa de recuperación aumentan con el aumento del número de ciclos, pero la tasa de aumento disminuye gradualmente y se alcanza un estado estacionario en el sexto ciclo. Una vez que el ciclo se estabiliza, la fracción molar de oxígeno máxima puede alcanzar el 99,9% y la tasa de recuperación de oxígeno es aproximadamente el 39,5%. La concentración de adsorción del componente en la fase sólida depende sólo de la concentración molar del componente en la fase gaseosa y no tiene relación necesaria con la fracción molar del componente en la fase gaseosa.
El cambio de temperatura gas-sólido en la región de dos fases de los medios porosos se debe principalmente a la adsorción y desorción de nitrógeno. El modelo de adsorción por cambio de presión de flujo de dos fases se utilizó para estudiar los efectos del diámetro de las partículas y la tasa de retrolavado sobre la concentración y el valor de recuperación de oxígeno en el producto de producción de oxígeno por adsorción por cambio de presión. Cuando la tasa de retrolavado fue 0.6, las comparaciones de simulación utilizando diámetros de partículas de 0.4 mm, 0.8 mm, 1,6 mm, 3,2 mm y 6,4 mm mostraron que había una tasa óptima tamaño de partícula de 1,6 mm que permitió que la fracción molar promedio de oxígeno en la producción de gas y la tasa de recuperación de oxígeno alcanzaran los valores máximos, que fueron 99,7% y 39,5%, respectivamente. Cuando el diámetro de partícula era de 1,6 mm, los resultados de la simulación de velocidades de retrolavado de 0.4, 0.5, 0.6, 0.7 y {{ 31}}.8 y se encontró que la tasa de recuperación de oxígeno alcanzó su valor máximo cuando la tasa de retrolavado fue 0.6.
