祝显强等：吸附及解吸压力对快速变压吸附床内速度及循环性能的影响 997· 续表4 循环步骤 z=0 2=l u-00=0, -0, BD 是-0=0 P=P+(Pu-P)(t/tgD -1)2(RPSA), P=P+(PRE-P)(t/tBD-1)2(RVPSA) u=0,=0,=0. EV dz P=PL+(Pm-PL)(t/tEy -1)2 u=0,立=0，=0， D是=-ue-, IPP dz P=PL+(Pwp -PL)(t/tpp) 人-mG-》 u=pW’ PU A是=-um-, =-wprC:(Tw-T K正 制方程在控制区域内进行积分得节点方程组，对流项 而中间气回收阶段略有下降，放空降压阶段快速下降， 采用一阶迎风格式，时间步长为O.01s,用Matlab 真空降压阶段进一步下降，中间气出气端充压阶段则 R2009a软件编写程序并求解，迭代误差≤10-4 略有升高，循环周期内气体温度变化大约为10℃.模 3结果与讨论 拟值和实验值在放空降压和真空降压阶段误差较大， 是由于循环步骤较快和温度采集有一定延迟，模拟和 3.1模型验证结果 实验值误差在2℃以内，认为模型能较合理地预测吸 模型验证实验在有中间气出气端充压的RVPSA 附床内温度场的变化 制氧实验系统叨中进行.图3显示模拟的产品气体积 300 分数及实验值的对比，随循环次数增加，产品气中氧含 口实验点 量逐渐增加，大约经过30个循环，氧体积分数基本不 295 一模拟值 再发生变化，模拟值稳定在91.23%，比实验值高 P/P.=240/60 1.2%.这是由于模拟中认为空气为氧氮混合气，忽略 290 ▣ T=289.15K 白 氩气的存在，而在产品气中氩体积分数为3%左右. 285 100 90 280 人◇◇◇今☆名名88更 PR AD REBD EV IPP 80 250 4 70 5 循环时间/ 60 ▣摸拟值 图4气体温度随时间变化 50 O实验值 Fig.4 Gas temperature changes during a cycle 8.8 3.2吸附和解吸压力对原料气充压阶段气流速度的 影响 1015202530 Ruthven 20、Todd和Webley2圆指出，当变压吸附 循环次数/次 系统运行大于或等于初始流化速度时，高速气流会加 图3模拟的产品气氧体积分数及实验值的对比 强吸附剂摩擦和蠕动，促使吸附剂粉化，且即使气流速 Fig.3 Comparison of the calculated oxygen purity of the product 度低于流化速度的极限值都将使吸附剂颗粒产生蠕动 with experimental results 和磨损.此蠕动的气流速度极限值与吸附剂颗粒的形 图4为RVPSA循环达稳定后床层轴向中点处气 状、分布等因素有关，顺流的气体流速极限值通常取流 体温度在循环周期内的变化.由图4可以看出，气体 化速度极限值的75%~80%，而逆流的气体流速极限 温度在原料气充压阶段快速上升，吸附阶段略有升高， 值取顺流的气体流速极限值的1.8倍0.其中顺流的祝显强等: 吸附及解吸压力对快速变压吸附床内速度及循环性能的影响 续表 4 循环步骤 z = 0 z = l BD y z = 0， Tf z = 0 u = 0，y z = 0， Tf z = 0， P = Patm + ( PH － Patm ) ( t /tBD － 1) 2 ( ＲPSA) ， P = Patm + ( PＲE － Patm ) ( t /tBD － 1) 2 ( ＲVPSA) EV y z = 0， Tf z = 0 u = 0，y z = 0， Tf z = 0， P = PL + ( Patm － PL ) ( t /tEV － 1) 2 IPP u = 0，y z = 0， Tf z = 0， P = PL + ( PIPP － PL ) ( t /tIPP ) DL y z = － u( yＲE － y) ， Kf Tf z = － uρfCf ( TＲE － Tf ) PU y z = 0， Tf z = 0，P = PL u = uPU， DL y z = － u( yPU － y) ， Kf Tf z = － uρfCf ( TPU － Tf ) 制方程在控制区域内进行积分得节点方程组，对流项 采用 一 阶 迎 风 格 式，时 间 步 长 为 0. 01 s，用 Matlab Ｒ2009a 软件编写程序并求解，迭代误差≤10 － 4 ． 3 结果与讨论 3. 1 模型验证结果 模型验证实验在有中间气出气端充压的 ＲVPSA 制氧实验系统［17］中进行． 图 3 显示模拟的产品气体积 分数及实验值的对比，随循环次数增加，产品气中氧含 量逐渐增加，大约经过 30 个循环，氧体积分数基本不 再发 生 变 化，模 拟 值 稳 定 在 91. 23% ，比 实 验 值 高 1. 2% ． 这是由于模拟中认为空气为氧氮混合气，忽略 氩气的存在，而在产品气中氩体积分数为 3% 左右． 图 3 模拟的产品气氧体积分数及实验值的对比 Fig． 3 Comparison of the calculated oxygen purity of the product with experimental results 图 4 为 ＲVPSA 循环达稳定后床层轴向中点处气 体温度在循环周期内的变化． 由图 4 可以看出，气体 温度在原料气充压阶段快速上升，吸附阶段略有升高， 而中间气回收阶段略有下降，放空降压阶段快速下降， 真空降压阶段进一步下降，中间气出气端充压阶段则 略有升高，循环周期内气体温度变化大约为 10 ℃ ． 模 拟值和实验值在放空降压和真空降压阶段误差较大， 是由于循环步骤较快和温度采集有一定延迟，模拟和 实验值误差在 2 ℃ 以内，认为模型能较合理地预测吸 附床内温度场的变化． 图 4 气体温度随时间变化 Fig． 4 Gas temperature changes during a cycle 3. 2 吸附和解吸压力对原料气充压阶段气流速度的 影响 Ｒuthven［20］、Todd 和 Webley［23］ 指出，当变压吸附 系统运行大于或等于初始流化速度时，高速气流会加 强吸附剂摩擦和蠕动，促使吸附剂粉化，且即使气流速 度低于流化速度的极限值都将使吸附剂颗粒产生蠕动 和磨损． 此蠕动的气流速度极限值与吸附剂颗粒的形 状、分布等因素有关，顺流的气体流速极限值通常取流 化速度极限值的 75% ～ 80% ，而逆流的气体流速极限 值取顺流的气体流速极限值的 1. 8 倍［20］． 其中顺流的 · 799 ·