本文關(guān)鍵詞：變壓吸附空分制氧循環(huán)過程模擬研究

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【摘要】：變壓吸附技術(shù)具有適用性強(qiáng)、可靠性高、成本低、效率高、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn),應(yīng)用廣泛。本文采用FLUENT軟件對(duì)兩床Skarstrom變壓吸附空分制氧循環(huán)過程進(jìn)行了模擬研究,分析了循環(huán)過程中氧氣濃度、氣相溫度、氣體流速及床層壓降等的分布情況,同時(shí)研究了吸附劑顆粒直徑對(duì)變壓吸附空分制氧的影響,為生產(chǎn)實(shí)踐提供指導(dǎo)。主要研究內(nèi)容如下:根據(jù)變壓吸附空分制氧原理,采用FLUENT用戶自定義函數(shù)(UDF)功能將傳質(zhì)速率模型和兩相平衡模型與多孔介質(zhì)模型耦合,并利用FLUENT用戶自定義標(biāo)量(UDS)功能引入固相能量守恒方程,建立氣固兩相流變壓吸附空分制氧模型,以反映氣固兩相的傳質(zhì)、傳熱和動(dòng)量傳遞。通過對(duì)七種不同網(wǎng)格數(shù)的模型進(jìn)行模擬來考核網(wǎng)格獨(dú)立性,得到網(wǎng)格數(shù)為50854的模型可滿足要求。將各循環(huán)出口氧氣平均摩爾分?jǐn)?shù)模擬結(jié)果與文獻(xiàn)中實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比,誤差在2%左右,表明所建吸附床模型正確。基于建立的氣固兩相變壓吸附模型,對(duì)兩床四步Skarstrom循環(huán)進(jìn)行模擬分析,得到各個(gè)循環(huán)四步結(jié)束時(shí)吸附床內(nèi)氣相氧氣摩爾分?jǐn)?shù)分布、組分在固相中的濃度分布及兩相溫度變化情況等。結(jié)果表明:第一個(gè)變壓吸附循環(huán)結(jié)束時(shí),吸附床最高氧氣摩爾分?jǐn)?shù)可達(dá)58.7%,固相氧氣、氮?dú)鉂舛确謩e可達(dá)0.12mol/kg、1.19mol/kg,氧收率為32.55%。隨著循環(huán)數(shù)的增加,氧氣摩爾分?jǐn)?shù)和氧收率都不斷升高,并在第六個(gè)循環(huán)時(shí)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài),此時(shí),氧氣最高摩爾分?jǐn)?shù)為99%,氧收率為53.35%。采用氣固兩相變壓吸附模型,研究了吸附劑顆粒直徑對(duì)氧氣濃度和氧收率的影響。反吹率為0.5時(shí),采用吸附劑顆粒直徑0.8mm、1.6mm、2.4mm、3.2mm、4.0mm的模型進(jìn)行模擬,對(duì)比表明:相同條件下,吸附劑顆粒直徑越大,床層均流效果越差,不能有效抵擋床層入口氣體急流,導(dǎo)致床層易被穿透,氧氣濃度大大降低。顆粒直徑越小,床層壓降越大,同樣會(huì)減弱吸附效果。吸附劑顆粒直徑1.6mm表現(xiàn)最優(yōu)。
【關(guān)鍵詞】：變壓吸附 空分制氧 FLUENT 氣固兩相模型 顆粒直徑
【學(xué)位授予單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TQ116.14
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 緒論10-26
• 1.1 課題的研究背景及意義10-11
• 1.2 空分制氧技術(shù)簡介11-12
• 1.2.1 低溫深冷法11
• 1.2.2 膜分離法11
• 1.2.3 變壓吸附法11-12
• 1.3 變壓吸附制氧12-16
• 1.3.1 吸附的定義及類型12
• 1.3.2 變壓吸附制氧原理12-13
• 1.3.3 變壓吸附制氧循環(huán)過程13-14
• 1.3.4 變壓吸附制氧的步驟14-15
• 1.3.5 變壓吸附制氧的應(yīng)用15-16
• 1.4 變壓吸附制氧過程模擬研究16-24
• 1.4.1 吸附分離模型16-22
• 1.4.2 多孔介質(zhì)固定床的模擬研究22-24
• 1.5 本文主要研究內(nèi)容24-26
• 2 模型建立與驗(yàn)證26-42
• 2.1 數(shù)學(xué)模型及模型的處理26-33
• 2.1.1 數(shù)學(xué)模型26-29
• 2.1.2 傳質(zhì)速率模型和兩相平衡模型的耦合29-31
• 2.1.3 吸附源項(xiàng)的求解31-33
• 2.2 物理模型與網(wǎng)格劃分33-35
• 2.2.1 物理模型34
• 2.2.2 網(wǎng)格劃分34-35
• 2.3 初始條件和模型參數(shù)35-36
• 2.4 邊界條件36-38
• 2.5 FLUENT設(shè)置38-39
• 2.6 模型有效性驗(yàn)證39-41
• 2.6.1 網(wǎng)格獨(dú)立性考核39-40
• 2.6.2 氧氣摩爾分?jǐn)?shù)的模擬與實(shí)驗(yàn)對(duì)比40-41
• 2.7 小結(jié)41-42
• 3 變壓吸附循環(huán)過程模擬結(jié)果與分析42-60
• 3.1 吸附熱對(duì)制氧過程的影響42-45
• 3.1.1 吸附熱對(duì)床層溫度的影響42-44
• 3.1.2 吸附熱對(duì)氧氣摩爾分?jǐn)?shù)的影響44-45
• 3.2 吸附時(shí)間對(duì)氧氣摩爾分?jǐn)?shù)的影響45-48
• 3.3 第一個(gè)循環(huán)模擬結(jié)果分析48-56
• 3.3.1 兩床氣體濃度分布48-52
• 3.3.2 床層氣體軸向溫度分布52-54
• 3.3.3 床層氣體軸向速度分布54-55
• 3.3.4 床層氣體軸向壓力分布55-56
• 3.4 循環(huán)穩(wěn)定前后各循環(huán)過程模擬結(jié)果分析56-59
• 3.4.1 各循環(huán)出口氧氣摩爾分?jǐn)?shù)變化56-57
• 3.4.2 各個(gè)循環(huán)氧收率變化57-59
• 3.5 小結(jié)59-60
• 4 吸附劑顆粒直徑對(duì)制氧過程的影響及動(dòng)態(tài)仿真60-69
• 4.1 吸附劑顆粒直徑對(duì)制氧過程的影響60-66
• 4.1.1 對(duì)氧氣濃度分布的影響60-63
• 4.1.2 對(duì)氧收率的影響63-64
• 4.1.3 對(duì)流速的影響64
• 4.1.4 對(duì)壓力、壓降的影響64-66
• 4.2 動(dòng)態(tài)仿真66-67
• 4.3 小結(jié)67-69
• 5 總結(jié)與展望69-71
• 5.1 總結(jié)69-70
• 5.2 展望70-71
• 參考文獻(xiàn)71-76
• 個(gè)人簡歷及攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表論文情況76-77
• 致謝77

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