王啸[1]2003年在《非等温变压吸附空分制氧过程的计算和优化》文中指出氧气是一种重要的化学商品，在炼钢、有色金属冶炼、废水处理、医疗和军事等诸多领域有广泛的应用；目前约有20％的空气分离是通过变压吸附技术来实现，变压吸附空分制氧有着越来越广泛的应用前景。降低能耗和提高生产规模是变压吸附空分制氧过程工业应用中面临的突出课题；为了解决这些问题，过去四十年来高性能吸附剂的开发应用和工艺的改进一直是人们研究的重点，近十几年来过程模型化计算才引起人们的重视。过程模型化计算可以了解不同吸附剂床层中浓度和温度的变化以及这种变化对循环过程的影响，非常方便而快捷地探讨不同工艺过程和工艺条件对氧纯度、收率和产率的影响，从而达到工艺优化设计和降低能耗的目的；但目前过程模型化计算还处于不断完善的过程中，缺乏针对不同的空分制氧过程(VSA和PSA)和工艺条件等进行优化分析的系统研究。因此，通过模型的过程计算来对变压吸附空分制氧过程中不同吸附剂的工艺条件和各种工艺条件的相互关系进行探讨以及针对不同工艺条件进行优化分析是目前空分制氧工艺设计需待解决课题。 吸附剂吸附分离性能的研究是过程计算的基础。本文首先通过动态穿透实验研究了空气中氮、氧在CaA沸石中的吸附平衡，获得以负载比关联式(LRC)形式表示的氮、氧的吸附平衡方程和与温度有关的平衡参数以及相应的吸附热分别为21.98 kJ／mol和13.67kJ／mol，证实了负载比关联式能合理地反映氮、氧在沸石分子筛中吸附平衡关系，为变压吸附空分制氧过程的计算提供了可靠的平衡参数。同时，利用空气在CaA沸石中吸附和降压的绝热实验探讨了床层中温度的变化，得出床层中温度波与氮气浓度波具有一致性，揭示了吸附床层中温度波和浓度波的相互关系；吸附和降压解吸过程中的温度变化也充分证明变压吸附空分制氧循环为非等温过程。 其次，从充分考虑床层中传质、传热和动量传递的非等温过程的数学模型入手，对变压吸附空分制氧过程进行计算和分析。数学模型主要包括流体流动的轴向扩散活塞流模型、气固能量平衡和塔壁能量平衡模型、负载比关联式(LRC)的吸附平衡模型和线性驱动力(LDF)方程的传质模型；其中模型设计为六步循环过程(原料气充压、吸附、均降、逆放(用于PSA)或抽真空(用于VSA)、产品气冲洗和均升)；利用正交配置方法把数学模型的偏微分方程组转化为微分代数方程组，并用Besirk微分代数方程求解程序求解所得到的微分代数方程组， 摘要采用FORTRAN语言编写非等温变压吸附空分制氧计算程序。针对一定设计要求 （3000Nm‘h，93％OZ）的 CZAVSA、LIX－VSA和 C。A－VSA过程进行模型化计算和工艺条件的敏感性分析，结果表明：（l）VSA过程中的氧收率和能耗（动力）与所参照体系的实际值基本吻合，验证了选用的模型和计算方法以及模型参数的合理性，为变压吸附空分制氧过程的计算和优化提供了可靠的模型化手段，而且通过模型化计算得出床层内浓度和温度在不同步骤中变化也证实了循环过程中均压和冲洗步骤的必要性；（2）相同吸附剂量的前提下，CaA－VSA过程的收率明显高于CaA干SA过程且能耗远低于用A过程，CaA干SA过程更适合对能耗要求不高的较小规模氧的生产，而CaA刁SA过程适合较大规模的生产；o VSA过程有高的氧收率和产率，在装置投入、能耗和生产规模比CaAVSA过程有非常显着的优势，更适合大规模氧的生产；（4）VSA过程中吸附压力、脱附压力、循环时间和吸附柱长对产品气中氧纯度、收率和产率影响显着，而吸附压力、冲洗比、循环时间和吸附柱长为PSA过程的显着性因素，获得了影响VSA和PSA空分制氧过程的主要因素。 随后，考虑到收率的提高可以降低过程的能耗以及产率的增加意味着生产规模的扩大，本文选择氧收率和产率为优化的目标函数，首次以一定范围的吸附压力、脱附压力（用于VSA）或冲洗比（用于PSA）、循环时间和吸附柱长四因素对CSAWSA过程、LIXVSA过程 Cat干SA进行正交试验设计 LZ，O勺，并对结果进行统计分析，分析结果可知：（1）循环时间和吸附柱长对VSA和PSA过程中氧收率和产率的影响最显着；（2）VSA和PSA过程中氧收率和产率与显着因素之间的关联式反映了各种显着因素对收率和产率影响的相互关系和影响程度；（3）各种过程中氧收率和产率的观察值与预测值的吻合一致，从而说明得到的关联式可以指导工艺条件的设计以及根据工艺设计的要求方便地获得不同工艺条件下氧收率和产率。 最后，在上述正交试验结果的基础上，首次应用神经网络预测其它工艺条件下氧收率和产率，探讨较佳的变压吸附空分制氧的工艺条件，结果显示：＊）VSA和PSA过程中神经网络预测的收率和产率数据的观察值与预测值比较吻合，且与正交试验的结果能较好地吻合在一起，神经网络预测的数据具有可靠性；②CaA－VSA过程中较佳的工艺条件为吸附压力135～160kPa、脱附压力30～40 hPkPa、循环时间48～60s和吸附柱长280～320——：（3）hX．＊SA过程中较佳的工艺条件为吸附压力120～150kPa、脱附压力30～38kPa、循环时间45～55s和吸附柱?
赵俊霞[2]2016年在《变压吸附空分制氧循环过程模拟研究》文中提出变压吸附技术具有适用性强、可靠性高、成本低、效率高、环境友好等优点,应用广泛。本文采用FLUENT软件对两床Skarstrom变压吸附空分制氧循环过程进行了模拟研究,分析了循环过程中氧气浓度、气相温度、气体流速及床层压降等的分布情况,同时研究了吸附剂颗粒直径对变压吸附空分制氧的影响,为生产实践提供指导。主要研究内容如下:根据变压吸附空分制氧原理,采用FLUENT用户自定义函数(UDF)功能将传质速率模型和两相平衡模型与多孔介质模型耦合,并利用FLUENT用户自定义标量(UDS)功能引入固相能量守恒方程,建立气固两相流变压吸附空分制氧模型,以反映气固两相的传质、传热和动量传递。通过对七种不同网格数的模型进行模拟来考核网格独立性,得到网格数为50854的模型可满足要求。将各循环出口氧气平均摩尔分数模拟结果与文献中实验结果对比,误差在2%左右,表明所建吸附床模型正确。基于建立的气固两相变压吸附模型,对两床四步Skarstrom循环进行模拟分析,得到各个循环四步结束时吸附床内气相氧气摩尔分数分布、组分在固相中的浓度分布及两相温度变化情况等。结果表明:第一个变压吸附循环结束时,吸附床最高氧气摩尔分数可达58.7%,固相氧气、氮气浓度分别可达0.12mol/kg、1.19mol/kg,氧收率为32.55%。随着循环数的增加,氧气摩尔分数和氧收率都不断升高,并在第六个循环时达到稳定状态,此时,氧气最高摩尔分数为99%,氧收率为53.35%。采用气固两相变压吸附模型,研究了吸附剂颗粒直径对氧气浓度和氧收率的影响。反吹率为0.5时,采用吸附剂颗粒直径0.8mm、1.6mm、2.4mm、3.2mm、4.0mm的模型进行模拟,对比表明:相同条件下,吸附剂颗粒直径越大,床层均流效果越差,不能有效抵挡床层入口气体急流,导致床层易被穿透,氧气浓度大大降低。颗粒直径越小,床层压降越大,同样会减弱吸附效果。吸附剂颗粒直径1.6mm表现最优。
刘应书, 戴先知[3]2006年在《变压吸附空分制氧过程非等温模拟》文中研究表明本文建立了变压吸附空分制氧过程非线性、非等温模型,并进行了数值模拟,计算结果与实测值吻合较好。在此基础上探讨了变压吸附过程中床层内温度和浓度的动态行为,考察了吸附时间、吸附床高度、进气流速、清洗比等工艺参数对过程性能的影响。
王啸, 马正飞, 姚虎卿[4]2003年在《真空变压吸附空分制氧等温与非等温过程模拟比较》文中指出应用动态柱穿透法测定的空气中氮-氧吸附平衡数据模拟两床真空变压吸附(VSA)空分制氧中等温与非等温过程;在VSA过程模拟中探讨了吸附压力、进料流量和冲洗比等过程操作条件以及吸附过程中温度的变化对产品气氧的纯度、收率和产率的影响,为VSA空分制氧过程提供一定的设计依据。
周汉涛, 马正飞, 姚虎卿[5]2003年在《变压吸附空分制氧非等温过程模拟》文中指出就变压吸附空气分离制氧过程,对接近真实情况的非线性、非等温模型构成的偏微分方程组,采用正交配置进行空间离散化和叁阶半隐式龙格 库塔法的数值计算方法,研究了变压吸附过程中床层内温度和浓度的动态行为,考察了清洗比、吸附压力、进气流量、吸附时间等操作参数对过程性能的影响,为过程优化设计建立基础。
参考文献：
[1]. 非等温变压吸附空分制氧过程的计算和优化[D]. 王啸. 南京工业大学. 2003
[2]. 变压吸附空分制氧循环过程模拟研究[D]. 赵俊霞. 郑州大学. 2016
[3]. 变压吸附空分制氧过程非等温模拟[J]. 刘应书, 戴先知. 气体分离. 2006
[4]. 真空变压吸附空分制氧等温与非等温过程模拟比较[J]. 王啸, 马正飞, 姚虎卿. 南京工业大学学报(自然科学版). 2003
[5]. 变压吸附空分制氧非等温过程模拟[J]. 周汉涛, 马正飞, 姚虎卿. 南京工业大学学报(自然科学版). 2003
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