압력 변동 흡착 공기 분리에 의한 산소 생성 과정에는 물질 전달, 열 전달 및 운동량 전달이 포함됩니다. 시스템의 압력, 농도 및 온도 변화는 복잡하고 측정하기 어렵습니다. 단순한 실험적 연구에만 의존하는 것은 한계가 크며 흡착분리 과정의 내부 메커니즘을 얻기도 어렵다. 따라서 산업적 응용이 급속히 추진되는 것에 비해 강화되어야 할 연구활동이 많다.
전산유체역학(CFD) 소프트웨어 FLUENT는 압력 변동 흡착에 의한 산소 생성의 수치 시뮬레이션에 사용됩니다. 기체상 단상 다공성 매질 모델은 기체와 고체 흡착 입자 사이의 물질 전달과 열 전달을 표현할 수 없습니다. 압력 변동 흡착 분리 공정에서 기체-고체 2상 물질 전달 및 열 전달은 맞춤형 프로그래밍을 통해 표현됩니다. 단상 모델을 기체-고체 2상 유동 압력 변동 흡착 모델로 개선하고, 압력 변동 흡착 사이클 과정에서 기체-고체 2상 간의 상호 작용을 분석하고, 압력 변동 흡착의 내부 메커니즘을 다음과 같이 설명합니다. 탐험했다. CFD 방법은 PSA 산소 생성 성능에 대한 입자 직경 및 백플러시 속도의 영향을 연구하는 데 사용되었으며, 이는 실험을 더 잘 안내하고 흡착 충전층의 흐름 분포 법칙을 분석하기 위한 것입니다. 주요 내용은 다음과 같습니다.
PSA 공기 분리 산소 생성의 기본 원리를 기반으로 물질 전달 속도 모델과 2상 평형 모델이 결정되었습니다. 기체-고체 2상 질량 전달 효과를 반영하기 위해 FLUENT의 사용자 정의 함수(UDF) 기능을 사용하여 물질 전달 모델과 평형 모델을 다공성 매질 모델과 결합했습니다. 사용자 정의 스칼라(UDS) 함수를 통해 다공성 매질 단상 모델을 보다 완전한 기체-고체 2상 흐름 PSA 산소 생성 고정 충전층 모델에 통합하기 위해 고체상 에너지 방정식이 도입되었습니다. 기체-고체 2상 흐름 PSA 모델의 신뢰성은 구성 요소의 Langmuir 등온선 곡선에 대한 시뮬레이션 및 실험적 비교, 그리드 독립성 테스트, 점도 모델 사용의 비교 및 출구에서의 평균 산소 몰분율에 대한 시뮬레이션 및 실험적 비교.
확립된 신뢰할 수 있는 2상 흐름 PSA 모델을 기반으로 일반적으로 사용되는 2층 4단계 PSA 산소 생성 사이클을 시뮬레이션하고 분석했으며, 4단계가 끝날 때 흡착층의 기체상 산소 몰분율 분포를 분석했습니다. 서로 다른 사이클, 고체상 성분의 흡착 농도 및 2상 온도 변화가 얻어졌습니다. 결과는 첫 번째 사이클이 끝날 때 최대 산소 몰분율이 72.0%에 도달할 수 있고, 회수율은 약 31.4%이며, 기체-고체 2상 온도는 약 10K에서 변동한다는 것을 보여줍니다. 비정상상태 사이클에서는 사이클 횟수가 증가함에 따라 산소 몰분율과 회수율이 모두 증가하지만 증가율은 점차 감소하여 6번째 사이클에서 정상상태에 도달한다. 사이클이 안정화된 후 최대 산소 몰 분율은 99.9%에 도달할 수 있고 산소 회수율은 약 39.5%입니다. 고체상 성분의 흡착 농도는 기체상 성분의 몰농도에만 의존하며, 기체상 성분의 몰분율과 반드시 필요한 관계는 없습니다.
다공성 매질의 2상 영역에서 기체-고체 온도 변화는 주로 질소 흡착 및 탈착으로 인해 발생합니다. 2상 유동 압력 변동 흡착 모델을 사용하여 압력 변동 흡착 산소 생산 제품의 산소 농도 및 회수율에 입자 직경 및 역세 속도가 미치는 영향을 연구했습니다. 역세율이 0.6인 경우 입자직경 0.4mm, 0.8mm, 1.6mm, 3.2mm, 6.4mm를 이용한 시뮬레이션 비교 결과 최적의 역세율이 있음을 알 수 있었다. 1.6mm의 입자 크기로 인해 가스 생성 시 산소의 평균 몰분율과 산소 회수율이 각각 99.7%와 39.5%로 최대값에 도달했습니다. 입자직경이 1.6mm일 때 역세율 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, {{의 시뮬레이션 결과 31}}.8을 비교한 결과 역세율이 0.6일 때 산소회수율이 최대값에 도달한 것으로 나타났다.
