李化治等：变压吸附富氧过程的数学模拟 ·113· 等压吸附的初始条件与充压阶段的最终条件相同.其边界条件为： p=p(pA一等压吸附压力)；u(t,之=0)=o; ya(t,之=0)=0.79；ya(t,2=0)=0.21 (12) 降压脱附的初始条件为等压吸附阶段的最终条件，其边界条件为： p=p4-b1t:u(t,2=c)=0 (13) 低压吹扫初始条件为降压脱附阶段的最终条件，其边界条件为： p=Pi;u(t,z=1)=uiya(t,z=1)=y;yB(t,=1)=1=y: (14) 计算程序用Fortran语言编号采用一个主程序和一个子程序.主程序的作用是输人各已 知条件及其参数.计算出各阶段中各时刻床层气体浓度、流速以及各组份吸附量的分布.子 程序用Rung一Kutta法求解传质速率方程，主程序框图从略. 3变压吸附启动过程的模拟 变压吸附启动后需经过一段时间才能达到稳定，稳定工作状态可由上述的数学模型来描 述，时间步长取0.015.每一步计算中吸附床层的最终条件自动地作为下一步的初始条件，从 装置启动开始直到离开吸附塔的富氧产品平均浓度合格为止·使用IN8828SV型微机，每个变 压循环的计算时间约35s,模拟过程的变压吸附循环次数一般在20~50次之间. 4模拟结果分析 等压吸附时间？及等压脱附时间t:,在要求助燃用高氧浓度为28%一35%时，等压工作 时间25一50s为宜.吸附时间对纯度的影响如图3所示. 70 10 60 60 50 50 器 40 40 30 30 4 20 20 0102030 4050 0 50100150 200 2/s 2/an3·s-1 0.1 0.2 0.3 0.40.45 0 20 40 60 80 P/MPa Qa/am'·s1 图3吸附压力(1,2)和吸附时间(3,1) 图1空气流量(1,2)和富氧吹扫量(3,4) 对富氧效果的影响 对富氧效果的影响李 化 治 等 变 压 吸 附 富 氧 过 程 的 数 学 模 拟 · · 等 压 吸 附 的初 始条件 与充 压 阶段 的最终 条 件相 同 其 边 界 条件 为 一 一 等 压 吸 附压 力 ， 一 一 。 ， ， 。 ， 降压 脱 附 的初 始条 件 为等 压 吸 附 阶段 的 最 终 条 件 ， 其边 界 条 件 为 一 ， 低 压 吹 扫 初 始条 件 为 降压 脱 附 阶段 的最 终 条件 ， 其边 界 条 件 为 ， ， ， ， ， 。 ， 计 算 程 序用 语 言编 号 采 用 一 个 主 程 序 和 一 个 子 程 序 主 程 序 的 作 用 是 输 人 各 已 知条 件 及 其 参 数 计算 出各 阶段 中各 时 刻床 层 气 体 浓 度 、 流 速 以 及 各 组 份 吸 附量 的 分 布 子 程 序 用 一 法 求 解 传 质 速 率方 程 主 程 序框 图从 略 变 压 吸 附启 动过程 的模拟 变压 吸 附启 动后 需 经 过 一 段 时 间 才 能 达 到稳 定 ， 稳 定 工 作 状 态 可 由上 述 的 数 学 模 型 来 描 述 ， 时 间 步 长 取 每 一 步 计算 中吸 附床层 的 最 终条 件 自动 地 作 为 下 一 步 的初 始条 件 ， 从 装 置 启 动 开 始 直 到 离 开 吸 附塔 的 富 氧 产 品 平 均 浓 度 合 格 为 止 使 用 型 微 机 ， 每 个 变 压 循 环 的计 算 时 间 约 ， 模 拟 过 程 的 变 压 吸 附循 环 次 数 一 般 在 一 次 之 间 模拟结 果 分 析 等压 吸 附时 间 及 等压 脱 附时 间 、 ， 在 要 求 助 燃 用 高氧 浓 度 为 务一 时 ， 等 压 工 作 时 间 为宜 吸 附 时 间对 纯 度 的 影 响 如 图 所 示 二， 一 沪 一一一一丁 ’ 打二 、 ， ， ， … 叼 二 拟求长名屏斟岁︸ ‘一气日︸︵﹄ 搽屏众长褂罗 么沁 · ， ’ 只 ‘ 一 一目‘ 目 一 ， 日‘ 岸 ， · 月 ︸ 图 吸 附压 力 和 吸 附 时 间 对 富 氧效 果 的 影 响 图 魂 空 气 流 ， 和 富 级 吹 扫 ， 对 富 氧 效 果 的影 响