李化治等：变压吸附富氧过程的数学模拟 ·111· (a) (b) 一一富氧产品 fc) (d)高氧回流气 空气一 空气 一废气 充压 一废气 等压吸附 降压吸附 低压吹扫 图1吸附阶段示意图 a充压，b等压吸附，c降压吸附，d低压吹扫 鉴于新型变压吸附富氧装置是两塔式流程，其中一塔吸附、另一塔解吸，从而连续生产 富氧.本模拟以两塔式变压吸附过程为对象，并且由于2个塔的工作过程完全相同，因此，其 数学模型相同. 结合小型吸附过程的实际以及便于求解，模型的假设条件为：(1)吸附过程为等温过程： (2)视原料空气为氧、氮二元组份的理想气体；(3)在吸附塔中气流为柱塞流，忽略轴向、径 向分散效应；(4)吸附为均压，忽略压力梯度；(5)径向气流速度及浓度均匀相等即无径向 梯度；(6)充压阶段和降压阶段，吸附塔内压力变化为线性变化，等压吸附和吹扫阶段为稳 压阶段：(7)气流中氧氮组份等温吸附平衡线互不干涉. 1.1质量平衡方程 依据固定床吸附塔的物料衡算（如图2），在床层的其一微元截面·A组分输人速率诚去 输出速率等于A组分在床层微元区段中的积累速度， EA[uC:+ds 得出：eA[uCae一uCal+d] 3+1-e1 -AAz[e dr (1) 其中：e一床层空隙率；A一床层横截面积：“一床层间隙气流速度； C一床层间气相浓度；之一轴向距离；t一时间；q一吸附量. 对B组分也可同样列方程式.对于空气二元组份的总质量平衡 式为： +(4·c2+1-e(gA+9=0 (2) at &4[uC] 再根据理想气体定律，CA=yA·P/RT,C=P/RT整理得出质 图2传质微元图 量平衡方程 器+P+1:Rr.aatm-0 (3) 其中，A表示N2,B表示O2.P一压力，R一气体常数，T一温度.李化 治 等 变 压 吸 附 富氧 过 程 的 数 学 模 拟 宫权产品 ，氧 回 流气 ，口肠口 户 脚 燕舞 赢 撇 充压 阵共份今 等压 吸附 馨 降压 吸附 盆 低压 吹扫 图 吸 附 阶段 示 意 圈 充压 ， 等压 吸 附 ， 降压 吸 附 ， 低 压 吹扫 鉴 于 新 型 变 压 吸 附 富氧装 置 是 两 塔 式 流 程 ， 其 中一 塔 吸 附 ， 另 一 塔 解 吸 ， 从 而 连 续 生 产 富 氧 本 模 拟 以 两 塔 式 变压 吸 附过 程 为对 象 ， 并 且 由于 个 塔 的 工 作 过 程 完 全 相 同 ， 因 此 ， 其 数 学 模 型 相 同 结 合小 型 吸 附过 程 的实 际 以 及 便 于 求 解 ， 模 型 的 假 设 条 件 为 吸 附 过 程 为 等 温 过 程 视 原 料 空 气 为氧 、 氮二 元 组 份 的理 想 气体 在 吸 附塔 中气 流 为柱 塞 流 ， 忽 略 轴 向 、 径 向分 散效应 吸 附为均 压 ， 忽 略压 力 梯 度 径 向气 流 速 度 及 浓 度 均 匀相 等 即 无 径 向 梯 度 充压 阶段 和 降压 阶段 ， 吸 附塔 内压 力 变 化 为线性 变 化 ， 等 压 吸 附和 吹 扫 阶段 为 稳 压 阶段 气流 中氧 氮组 份 等温 吸 附平 衡 线 互 不 干 涉 质 平衡方程 依 据 固 定 床 吸 附塔 的物 料 衡 算 如 图 ， 在 床层 的 其 一 微 元 截 面 输 出速 率等 于 组 分 在床层 微 元 区 段 中的 积 累 速 度 得 出 动 「 、 二 ， 一 、 二 ‘ ， 刁 ， 组 分 输 人 速 率 减 去 。 。 月 、 。 ， ， 厂 况 ， ， 、 两 。 二 一 “ 气 ‘ 山艺 七 一不下一 一卜 气 一 ‘ 户 一不下一 ， 。 一 口乙 一 其 中 ￡ 一 床层 空 隙率 一 床层 横截 面 积 一 床层 间 隙气 流 速 度 一床 层 间气相 浓 度 一轴 向距 离 一 时 间 一 吸 附量 对 组分 也 可 同样 列方 程 式 对 于 空 气 二 元 组 份 的 总 质量 平衡 式 为 · 一 。 叮 叮。 。 一一一不，一一一 一卜 － － 口 万 一 男乏牙 一 么 ， 再 根 据 理 想 气体定 律 ， 量 平 衡 方 程 · 尸 ， 一 尸 整 理 得 出质 圈 传 质 徽 元 图 代不丁 一广 工 只尸 口之 一 十 － 找 。 － 二二二 忿 其 中 ， 表 示 ， 表 示 尸一 压 力 ， 一 气 体 常数 ， 一 温 度