吸附制氧过程轴向流吸附床内温度分布研究.pdfVIP

· 44· 中 国 有 色 冶 金 A生产实践篇．设备及自动化 吸附制氧过程轴向流吸附床 内温度分布研究 鲍化坤 ，郑新港 (1．中国恩菲工程技术有限公司，北京 100038；2．中国科学院过程工程研究所 ，北京 100190) [摘 要] 为了深入研究吸附式空分制氧过程的温度分布 ，采用二维数值模型对吸附床 的温度分布进 行模拟分析。结果表明，在循环稳定时床 内温度波动约 1O℃，并且温度变化主要发生在升压和 降压阶 段 ；在分离过程 中氮气的吸附量远远大于氧气的吸附量 ，所 以吸附热主要是 由氮气的吸附引起 的，因此 温度 的分布云 图非常类似于氮气吸附量的分布 ；在本研究中壁面换热对床 内温度和浓度分布 的影响较 小 ，可 以近似 当作绝热床 处理 。 [关键词] 二维吸附床 ；吸附热；传质 ；数值模拟 ；温度分布 [中图分类号] TQ028．1 [文献标志码] B [文章编号] 1672-6103(2015)01-0044-05 U 日jI吾 1 数值模型及求解方法 吸附床内的温度分布是影响变压吸附分离性能 1．1 物理模型 的重要 因素，而采用数值模拟则是深入研究这一过 数值研究中吸附床的物理模型如图1所示。在 程 的重要手段 ，但在 以往的研究中多采用活塞流的 吸附床内均匀装填各 向同性 的球形 LiX沸石分子 假设 ，忽略了径 向的分布。众多研究者指出固定床 筛 ，直径为0．16cm。模型吸附床直径 8cm，长度 50 中的径 向分布对工艺有着重要 的影 响¨ ，一些研 cm，其 中进气 口和出气 口直径均为 0．8cm，端部空 究者 采用实验方法证实 了壁面附近存在 的浓度 间的高度分别为 hi=1．6cm，h ：1．4cm。分离过 和速度梯度 。MeGreave等 较早地在其数学模 型 程由4个基本阶段构成 ，分别是 ：升压 、吸附、降压和 中考虑 了吸附床 内的径 向分布 因素，此后 Tobis 反吹。 等 改进了此模型，充分考虑 了温度 的影响；Mo— 1．2 数学模型 hamadinejad等 发现近壁 区域 的穿透 曲线明显早 (1)气体组分吸附过程的传质速率模型 于床层中心区域 的穿透 曲线。Kwapinski等 也采 气体吸附过程的传质速率采用线性驱动力模型 用实验和数值模拟的方法研究了空气的吸附干燥过 (LDFmode1)计算 ，其方程如下 ： 程 ，发现边流效应对过程性能影响很明显 ，简化的模 ag‘，，十 、 9 一q) 型会给出较差的预测。 O 由于吸附床 内在径 向上存在不均匀分布 ，作者 式中：q为固相气体浓度 ，mol／kg；g 为气体平衡 吸 此前建立 了吸附床内的二维数学模型 ，并利用此 附量 ，mol／kg； 为质量传质系数。 模型探讨 了吸附床内的浓度和速度分布。本文在此 (2)吸附平衡模型 研究基础上 ，利用数值模拟方法研究变压吸附循环 气体组分的吸附平衡模型利用多组分的朗格缪 过程中床层内轴向和径 向的温度分布 ，探讨影响床 尔方程计算 ，其方程如下 ： 内温度分布的因素。 g口+=：—～ (2二)， 1+∑bkP [作者简介]鲍化坤 (1966一)，男 ，山东烟台人 ，主任工程师 ，高级工 程师 ，主