基于变压吸附过程模拟

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1、南京工业大学硕士学位论文变压吸附过程模拟姓名：周汉涛申请学位级别：硕士专业：化学工程指导教师：马正飞2002.6.1摘要一————————————————————————————————————————————————————————————————————————一摘要奉文从变J＆吸附(PsA)过程数学模拟角度出发，对变压吸附过程数学模型、数值汁算方划i臀方向展开综述。根椐变压吸附数学模型的发展，作者认为选择合适的固定床流动相模型、吸附平衡模型、传质速率模型、热平衡模型、数值计算方法等是模拟通用化的关键，直接关系到模拟

2、的复杂性、准确性、接近真实情况的稃度，是进行变压吸附过程动态模拟计算的前提和基础。＼I本丈从影响变J_l毫吸附过程性能的主要因素和数值计算方法的简单、准确性出发，提H5J’能进行多组分、多塔、非线性、非等温变胍吸阳过程模拟的模型，模型包括：流体流动模型采用轴向分散活塞流模型；由总物质平衡计算吸附引起的流速变化：线性推动力模型(LDF)表示气固相之n1]的传质：用扩展的Langmuir或LRC模型表征气固相问的吸附平衡；气崮相总能量、F衡计及吸刚热效应．偏微分方程组离散方法采用正交配置法，利厢Besirk三阶半隐式龙格一库

3、塔(Runge．Kutta)微分代数求解程序求解离散得到的微分代数方程组。本文采用的模掣芍啦J’轴向分散、热效应、传质阻力、流速变化及等温线非线性等诸多影响过羁4rf：能的重要凶素，相当接近真实情况，所使川的离散方法简单、收敛快、效牢商并1i失准确性，求解程序界面友好，无需代数消元子程序。本文应爿j提出的数学模型和采用的数值计算方法模拟了空分制氧过程、氢气提纯过程．过程是包括吸附、均压降、卸压、清洗、均压升、冲压在内的经典六步骤Skarstrom循环。模拟计算了床层不同位置组成、温度在循环过程中的动态变化，考察了吸附压力

4、、进气流量、清洗比、吸附时间等操作条件对产品纯度、阿收率的影响。模拟结果证明本文采用的模型由于包括诸多影响过程性能的主要㈥素，数值方法计算效率高，能很好地用于PSA过程的动态模拟。另外本文还研究r双层复合床层的固定床吸附行为，探讨r复合床层气体分离的基本特性，说明本文的模型和数值方法还可用于复合床层的PSA过程。r／本文提出的数学模型和采用的数值方法对于认识PSA过程操作条件对过程性能的影响和和温度组成的动态变化f分有效，对于指导试验工作、迸行过程优化设计有蕾重要意义，为进一步模拟多层吸附剂的工业PSA过程打下了基础。关

5、键词：变压吸附，数学模型．数值方法，动态模拟．空分制氧，氢气提纯，过程优化——垒!坐型AbstractBasedonthenumericalsimulationofpressureswingadsorption(PSA)process，abriefreviewwasgivenonthemathematicalmodelsandnumericalmethodsAccordingtothedevelopmentofmodelingonPSA,wefoundthatitwasveryimportanttochooseappro

6、priatemodelsforfluidflow,adsorptionequilibrium，masstransfer,energybalanceandthenumericalmethod，whichallwilldirectlydeterminethecomplexity，accuracyandrealisticdegreeofthesimulationInthispaper，byconsideringthemainfactorswhichplayaroletoPSAperformanceandthesimplicit

7、ybutwithoutlosingcalculationaccuracyofthenumericalmethod，webroughtupaseriesofmodelsforthesimulationofmulticomponent，multi-beds，nonlinear,nonisothermalsystemsTheaxialdispersedplugflowmodelrepresentedtheflowpatternThelineardrivingforce(LDF)modelwasappliedtoaccounti

8、ngfortheresistancetomasstransferbetweenthefluidandporousadsorbentsparticlesWechosetheextendedLangmuirmodelandtheloadingrationcorrelation(LRC)todefinethemu／tico