Процесът на производство на кислород чрез отделяне на въздуха чрез адсорбция с промяна на налягането включва пренос на маса, пренос на топлина и пренос на импулс. Промените в налягането, концентрацията и температурата в системата са сложни и трудни за измерване. Разчитането на прости експериментални изследвания има големи ограничения и е трудно да се получи вътрешният механизъм на процеса на адсорбционно разделяне. Следователно, в сравнение с бързото насърчаване на индустриалните приложения, има много изследователски работи, които трябва да бъдат засилени.
Софтуерът FLUENT за изчислителна динамика на флуидите (CFD) се използва за числено симулиране на производството на кислород чрез адсорбция с промени в налягането. Газовият модел на еднофазна пореста среда не може да изрази преноса на маса и топлообмена между газ и твърди адсорбционни частици. Двуфазният масопренос и топлопреносът газ-твърдо вещество в процеса на адсорбционно разделяне с промяна на налягането се изразяват чрез персонализирано програмиране. Еднофазният модел е подобрен в модел на адсорбция с промяна на налягането при двуфазен поток газ-твърдо вещество, анализирано е взаимодействието между двуфазния газ-твърдо вещество в процеса на адсорбция при промяна на налягането и вътрешният механизъм на адсорбция при промяна на налягането е проучени. Методът CFD беше използван за изследване на ефектите от диаметъра на частиците и скоростта на обратно продухване върху ефективността на производството на PSA кислород, за да се насочи по-добре експериментът и да се анализира законът за разпределение на потока в адсорбционно напълнения слой. Основното съдържание е:
Въз основа на основния принцип на производството на кислород при разделяне на въздуха на PSA, бяха определени моделът на скоростта на пренос на маса и моделът на двуфазно равновесие. Функцията за дефинирана от потребителя функция (UDF) на FLUENT беше използвана за свързване на модела на масопренос и равновесния модел с модела на порестата среда, за да отрази двуфазния ефект на масопренос газ-твърдо вещество. Чрез дефинираната от потребителя скаларна (UDS) функция беше въведено енергийното уравнение на твърдата фаза, за да се интегрира еднофазният модел на пореста среда в по-пълен двуфазен поток газ-твърдо вещество PSA с производство на кислород с неподвижен опакован слой. Надеждността на модела PSA на двуфазен поток газ-твърдо вещество беше проверена от аспектите на симулацията и експерименталното сравнение на кривата на изотермата на Langmuir на компонентите, теста за независимост на мрежата, сравнението на използването на модела на вискозитета и симулация и експериментално сравнение на средната молна фракция на кислорода на изхода.
Въз основа на установения надежден PSA модел на двуфазен поток, често използваният двуслоен четиристъпков PSA цикъл на производство на кислород беше симулиран и анализиран и разпределението на молната фракция на кислорода в газовата фаза в адсорбционния слой в края на четирите стъпки в различни цикли, бяха получени адсорбционната концентрация на компонентите в твърдата фаза и промяната на двуфазната температура. Резултатите показват, че максималната молна фракция на кислорода в края на първия цикъл може да достигне 72.0%, степента на възстановяване е около 31,4%, а двуфазната температура газ-твърдо вещество варира около 10K. По време на цикъла в нестационарно състояние моларната фракция на кислорода и степента на възстановяване нарастват с увеличаването на броя на циклите, но скоростта на нарастване постепенно намалява и стабилно състояние се достига в шестия цикъл. След като цикълът се стабилизира, максималната молна фракция на кислорода може да достигне 99,9%, а степента на възстановяване на кислорода е около 39,5%. Концентрацията на адсорбция на компонента в твърдата фаза зависи само от моларната концентрация на компонента в газовата фаза и няма необходимата връзка с моларната фракция на компонента в газовата фаза.
Промяната на температурата газ-твърдо вещество в двуфазната област на пореста среда се дължи главно на адсорбция и десорбция на азот. Моделът на адсорбция с промяна на налягането в двуфазен поток беше използван за изследване на ефектите от диаметъра на частиците и скоростта на обратно промиване върху концентрацията и стойността на възстановяване на кислорода в продукта за производство на кислород чрез адсорбция с промяна на налягането. Когато скоростта на обратно промиване беше 0.6, симулационните сравнения с помощта на диаметри на частиците от 0.4 mm, 0.8 mm, 1.6 mm, 3.2 mm и 6.4 mm показаха, че има оптимален размер на частиците от 1,6 mm, което позволи на средната моларна фракция на кислорода в производството на газ и скоростта на възстановяване на кислорода да достигнат максималните стойности, които бяха съответно 99,7% и 39,5%. Когато диаметърът на частиците беше 1,6 mm, резултатите от симулацията на скорости на обратно промиване от 0.4, 0.5, 0.6, 0.7 и {{ 31}}.8 бяха сравнени и беше установено, че скоростта на възстановяване на кислорода достига максималната си стойност, когато скоростта на обратно промиване е 0.6.
