D0L:10.13374f.issn1001-053x.2011.11.003 第33卷第11期 北京科技大学学报 Vol.33 No.11 2011年11月 Journal of University of Science and Technology Beijing Now.2011 变质量流动吸附床内的速度分布 郑新港12》刘应书)回 李永玲”张辉) 刘文海” 1)北京科技大学机械工程学院，北京1000832)中国恩菲工程技术有限公司，北京100038 通信作者，E-mail:ysliu@(usth.edlu.cm 摘要在气体吸附分离过程中，吸附床内气体流动过程实质上是一个变质量流动过程.借助二维模型对吸附床内气体的速 度分布进行了研究，在模型中考虑了吸附引起的质量变化和床层的径向空隙率的分布.结果表明：(1)多孔介质本身对流动 有着重整作用，使流动趋于均匀分布，但是进口端的吸附剂受入口效应的影响较大，在此区域速度呈W形分布，部分区域达到 流化状态：(2)在吸附步骤，速度在传质区有着较大的变化，在其他的三个步骤内，速度沿吸附剂床层近似线性变化：(3)降压 步骤中，床中气体速度较高，对颗粒冲击较大，易引起摩擦和粉化，应合理控制降压速率：(4)气体吸附引起的质量变化对压力 和速度有着重要影响，不能轻易忽略。 关键词气体分离：吸附器：分子筛：气体吸附：速度分布：计算机模拟 分类号TQ028.15 Velocity distribution in axial adsorber with consideration of mass variation ZHENG Xin-gang2),LIU Ying-shu),LI Yong-Hing,ZHANG Hui,LIU Wen-hai 1)School of Mechanical Engineering,University of Seience and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2)China Enfi Engineering Corporation,Beijing 100038,China Corresponding author,E-mail:ysliu@ustb.edu.cn ABSTRACT In gas separation by adsorption,the gas flow in an adsorber is virtually a variable mass flow.The velocity distribution in an adsorber was investigated by a two-dimensional model with consideration of radial porosity and mass variation caused by sorption. Four conclusions are drawn as follows.(1)Porous media themselves have a role in the gas distribution that they make the gas flow uni- formly.But the adsorbent in the feed end is greatly affected by entrance effect,in this region the velocity is in a W-shaped distribution, and some parts of the region are in a fluidization state.(2)During the adsorption step there is a greater change in velocity located at the mass transfer zone,while in the other three steps the change in velocity is approximately linear along the bed.(3)During the de- pressurization step there is a higher velocity in the bed,which blasts the sorbent and causes the sorbent's attrition and pulverization,so it is better to control the rate of depressurization.(4)Mass variation has important effect on the pressure and velocity,so it can not be easily ignored. KEY WORDS gas separation:adsorber:molecular sieves:gas adsorption:velocity distribution:computer simulation 气流的合理分配对吸附器的性能有着重要的影 大、中型空分吸附器工作性能有着至关重要的影响， 响.吸附器内的气体分配不均和边流效应会带来许 提出了气流分布板要合理布孔和合理设置分布板的 多危害四一气流短路、吸附剂局部流态化、分子 位置：Gahl等同在变温吸附的大型卧式容器中设计 筛跳动粉化、吸附容量及产品气纯度降低.随着大 了特殊的气体分配系统，使气体流动更加均匀：宁平 直径矮床层吸附器及径向流吸附器（径轴流）的出 等通过增大塔径、固定床长度及在固定床内壁上 现，对气流分布的要求变得更高.研究者己经意识 增加圆环来消除边壁效应；Zhang等提出了通过 到吸附床中的气流分配问题，并相应地采取了一些 将吸附剂分层分段排列来控制气体流速分布 措施.季阿敏等回叙述了气流分配的均匀与否对 但是，以上这些措施往往是凭经验或通过实验 收稿日期：2010-11-22 基金项目：国家高技术发展计划资助项目(2009AA063201)第 33 卷 第 11 期 2011 年 11 月 北京科技大学学报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol． 33 No． 11 Nov． 2011 变质量流动吸附床内的速度分布 郑新港1，2) 刘应书1) 李永玲1) 张 辉1) 刘文海1) 1) 北京科技大学机械工程学院，北京 100083 2) 中国恩菲工程技术有限公司，北京 100038 通信作者，E-mail: ysliu@ ustb． edu． cn 摘 要 在气体吸附分离过程中，吸附床内气体流动过程实质上是一个变质量流动过程． 借助二维模型对吸附床内气体的速 度分布进行了研究，在模型中考虑了吸附引起的质量变化和床层的径向空隙率的分布． 结果表明: ( 1) 多孔介质本身对流动 有着重整作用，使流动趋于均匀分布，但是进口端的吸附剂受入口效应的影响较大，在此区域速度呈 W 形分布，部分区域达到 流化状态; ( 2) 在吸附步骤，速度在传质区有着较大的变化，在其他的三个步骤内，速度沿吸附剂床层近似线性变化; ( 3) 降压 步骤中，床中气体速度较高，对颗粒冲击较大，易引起摩擦和粉化，应合理控制降压速率; ( 4) 气体吸附引起的质量变化对压力 和速度有着重要影响，不能轻易忽略． 关键词 气体分离; 吸附器; 分子筛; 气体吸附; 速度分布; 计算机模拟 分类号 TQ028. 1 + 5 Velocity distribution in axial adsorber with consideration of mass variation ZHENG Xin-gang1 2) ，LIU Ying-shu1) ，LI Yong-ling1) ，ZHANG Hui 1) ，LIU Wen-hai 1) 1) School of Mechanical Engineering，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China 2) China Enfi Engineering Corporation，Beijing 100038，China Corresponding author，E-mail: ysliu@ ustb． edu． cn ABSTRACT In gas separation by adsorption，the gas flow in an adsorber is virtually a variable mass flow． The velocity distribution in an adsorber was investigated by a two-dimensional model with consideration of radial porosity and mass variation caused by sorption． Four conclusions are drawn as follows． ( 1) Porous media themselves have a role in the gas distribution that they make the gas flow uni￾formly． But the adsorbent in the feed end is greatly affected by entrance effect，in this region the velocity is in a W-shaped distribution， and some parts of the region are in a fluidization state． ( 2) During the adsorption step there is a greater change in velocity located at the mass transfer zone，while in the other three steps the change in velocity is approximately linear along the bed． ( 3) During the de￾pressurization step there is a higher velocity in the bed，which blasts the sorbent and causes the sorbent’s attrition and pulverization，so it is better to control the rate of depressurization． ( 4) Mass variation has important effect on the pressure and velocity，so it can not be easily ignored． KEY WORDS gas separation; adsorber; molecular sieves; gas adsorption; velocity distribution; computer simulation 收稿日期: 2010--11--22 响 多危害 基金项目 ． 吸附器内的气体分配不 气流的合理分配对吸附器的性能有着重要的影 ［ : 1］ 国家高技术发展计划资助项目 ———气流短路、吸附剂局部流态化 均和边流效应会带来许 ( 2009AA063201)##、分子 筛跳动粉化、吸附容量及产品气纯度降低． 随着大 直径矮床层吸附器及径向流吸附器( 径轴流) 的出 现，对气流分布的要求变得更高． 研究者已经意识 到吸附床中的气流分配问题，并相应地采取了一些 措施． 季阿敏等［2］叙述了气流分配的均匀与否对 大、中型空分吸附器工作性能有着至关重要的影响， 提出了气流分布板要合理布孔和合理设置分布板的 位置; Grahl 等［3］在变温吸附的大型卧式容器中设计 了特殊的气体分配系统，使气体流动更加均匀; 宁平 等［4］通过增大塔径、固定床长度及在固定床内壁上 增加圆环来消除边壁效应; Zhang 等［5］提出了通过 将吸附剂分层分段排列来控制气体流速分布． 但是，以上这些措施往往是凭经验或通过实验 DOI:10.13374/j.issn1001-053x.2011.11.003