El procés de producció d'oxigen mitjançant la separació de l'aire per adsorció de canvi de pressió implica transferència de massa, transferència de calor i transferència de moment. Els canvis de pressió, concentració i temperatura en el sistema són complexos i difícils de mesurar. Basar-se en investigacions experimentals senzilles té grans limitacions i és difícil obtenir el mecanisme intern del procés de separació per adsorció. Per tant, en comparació amb la ràpida promoció d'aplicacions industrials, hi ha molts treballs de recerca que cal potenciar.
El programari de dinàmica de fluids computacional (CFD) FLUENT s'utilitza per a la simulació numèrica de la producció d'oxigen per adsorció de canvi de pressió. El model de medi porós monofàsic en fase gasosa no pot expressar la transferència de massa i la transferència de calor entre les partícules d'adsorció de gas i sòlids. La transferència de massa bifàsica gas-sòlid i la transferència de calor en el procés de separació d'adsorció de canvi de pressió s'expressen mitjançant una programació personalitzada. El model monofàsic es millora en un model d'adsorció d'oscil·lació de pressió de flux de gas-sòlid bifàsic, s'analitza la interacció entre el gas-sòlid de dues fases en el procés del cicle d'adsorció d'oscil·lació de pressió i el mecanisme intern d'adsorció de canvi de pressió és explorat. El mètode CFD es va utilitzar per estudiar els efectes del diàmetre de partícules i la taxa de retrocés sobre el rendiment de la producció d'oxigen PSA, per tal de guiar millor l'experiment i analitzar la llei de distribució del flux al llit empaquetat per adsorció. Els continguts principals són:
Basant-se en el principi bàsic de la producció d'oxigen per separació d'aire PSA, es va determinar el seu model de velocitat de transferència de massa i el model d'equilibri de dues fases. La funció definida per l'usuari (UDF) de FLUENT es va utilitzar per acoblar el model de transferència de massa i el model d'equilibri amb el model de medi porós per reflectir l'efecte de transferència de massa en dues fases gas-sòlid. Mitjançant la funció escalar definida per l'usuari (UDS), es va introduir l'equació d'energia en fase sòlida per integrar el model monofàsic mitjà porós en un model de llit envasat fix de producció d'oxigen PSA de flux bifàsic gas-sòlid més complet. La fiabilitat del model PSA de flux bifàsic gas-sòlid es va verificar a partir dels aspectes de la simulació i comparació experimental de la corba isoterma de Langmuir dels components, la prova d'independència de la xarxa, la comparació de l'ús del model de viscositat i la simulació i comparació experimental de la fracció molar mitjana d'oxigen a la sortida.
A partir del model PSA de flux bifàsic fiable establert, es va simular i analitzar el cicle de producció d'oxigen PSA de quatre passos de dos llits d'ús habitual i la distribució de la fracció molar d'oxigen en fase gasosa al llit d'adsorció al final dels quatre passos de s'han obtingut diferents cicles, la concentració d'adsorció dels components en la fase sòlida i el canvi de la temperatura bifàsica. Els resultats mostren que la fracció molar màxima d'oxigen al final del primer cicle pot arribar al 72.0%, la taxa de recuperació és d'uns 31,4% i la temperatura de dues fases gas-sòlid oscil·la al voltant dels 10K. Durant el cicle no estacionari, la fracció molar d'oxigen i la taxa de recuperació augmenten amb l'augment del nombre de cicles, però la taxa d'augment disminueix gradualment i s'aconsegueix un estat estacionari al sisè cicle. Després que el cicle s'estabilitzi, la fracció molar d'oxigen màxima pot arribar al 99,9% i la taxa de recuperació d'oxigen és d'uns 39,5%. La concentració d'adsorció del component en la fase sòlida depèn només de la concentració molar del component en la fase gasosa i no té cap relació necessària amb la fracció molar del component en fase gasosa.
El canvi de temperatura gas-sòlid a la regió de dues fases dels medis porosos es deu principalment a l'adsorció i desorció de nitrogen. El model d'adsorció d'oscil·lació de pressió de flux bifàsic es va utilitzar per estudiar els efectes del diàmetre de partícules i la taxa de rentat a contracors sobre la concentració i el valor de recuperació de l'oxigen en el producte de producció d'oxigen d'adsorció de canvi de pressió. Quan la taxa de rentat a contracors era de 0,6, les comparacions de simulació utilitzant diàmetres de partícules de 0,4 mm, 0,8 mm, 1,6 mm, 3,2 mm i 6,4 mm van mostrar que hi havia un òptim mida de partícula d'1,6 mm que va permetre que la fracció molar mitjana d'oxigen en la producció de gas i la taxa de recuperació d'oxigen assoleixin els valors màxims, que van ser del 99,7% i del 39,5%, respectivament. Quan el diàmetre de la partícula era d'1,6 mm, els resultats de la simulació de taxes de rentat a contracors de 0,4, 0,5, 0,6, 0,7 i {{ Es van comparar 31}}.8 i es va trobar que la taxa de recuperació d'oxigen va assolir el seu valor màxim quan la taxa de rentat a contracor era 0.6.
