变压吸附制氧过程数值模拟与分析

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1、2009年第3期低温工程No．32009总第169期CRYOGENICSSumNo．169变压吸附制氧过程数值模拟与分析肖露张玉文吕阳马艳红(西安交通大学制冷与低温研究所西安710049)摘要：根据变压吸附制氧理论，对制氧量为3m／h的小型PSA制氧系统进行吸附过程数值模拟及分析，结果表明：产品纯度随吸附床层间隙率减小而递增，但需付出增加耗能的代价；随着速度的增加，进出口压降基本呈线性增加，而产品纯度呈类抛物线状减小；当吸附床层高径比增加时，进出口压降呈线性增加，而产品纯度在较低值时增长较快；流体相最佳流速控制在0．05m／s左右，间隙率控制在0．35—0．4之间，高径比控制在9．5—

2、12之间，能够很好地降低进出口压差，使整体吸附具有节能的效果。关键词：变压吸附数值模拟间隙率中图分类号：TB611文献标识码：A文章编号：1000—6516(2009)03-0055-05NumericalsimulationandanalysisofPSAoxygenprocessXiaoLuZhangYuwenLUYangMaYanhong(SchoolofEnergyandPowerEngineering，Xi’anJiaotongUniversity，Xi’an710049，China)Abstract：Accordingtotheoxygenproducingtheorywi

3、thpressureswingadsorption(PSA)，numericalsimulationandanalysiswereperformedontheadsorptionprocessofasmall—scaleoxygensystem，whoseOX·ygenamountgeneratedwas3m／h．Theresultshowsasfollows：(1)Thepurityoftheproductincreaseswhenvoidfractionbetweeneachlayeroftheadsorbentbeddecreases，whilemoreenergyistobec

4、on-sumed．(2)Withincreasingofthevelocity，thepressuredropbetweeninletandoutletofthecolumnin-creasesinlineartrend，buttheproductpurityreducesroughlyinparabolictrend．(3)Whentheratioofheighttodiameterofadsorptionbedincreases，thepressuredropbetweeninletandoutletofthecolumnri-sesinlineartrend，buttheprod

5、uctpurityincreasesquicklyinlowervalue．(4)Inordertoreducethepres-suredropbetweeninletandoutletofthecolumn，alsotoenhanceenergysavingeffectofadsorption，theper-fectvelocityshouldbelimitedtoabout0．05m／s，theperfectvoidfractionisbetween0．35and0．4andtheratioofheighttodiameteriSbetween9．5and12．Keywords：p

6、ressureswingAdsorption；numericalsimulation；voidfraction空气分离系统是利用空气中氮气和氧气组分在吸附引言剂上的吸附量、吸附速率、吸附力等方面的差异及吸变压吸附(PressureSwingAdsorption简称PSA)附剂对气体在不同压力下吸附量不同的原理进行空收稿日期：2009-01-06；修订日期：2009．05-25作者简介：肖露，男，25岁，硕士研究生。56低温工程2009缸气分离的。和低温精馏法、薄膜渗透法及化学吸收法据进行数值模拟和理论分析，主要依赖于物料衡算方相比，用PSA系统制取氧气具有投资低、耗能少、体程和传质速率

7、方程。针对小型变压吸附分离空气制积小、安全、方便、自动化程度高、可随时制取氧气等氧过程的特点，为了便于理论分析与计算，假设如下：优点，特别适用于氧气需求量小、纯度要求不太高的(1)进入床层的原料气体组成、床层内温度、产中小型设备，如医院病人给氧、家庭环境增氧、封闭分品氧气的流量都是稳定的，忽略热效应对体系性能的体式空调室内增氧、高海拔呼吸增氧等。随着变压吸影响，即整个循环过程是等温过程；附分离技术的广泛应用，对其研究也日益增多，研究(2)在吸附