Численное исследование динамики циклических процессов адсорбционного разделения атмосферного воздуха

Аннотация

Выполнены численные исследования динамики процессов короткоцикловой безнагревной адсорбции (КБА) разделения атмосферного воздуха, а именно: влияния изменения температуры, состава и давления исходной газовой смеси на чистоту, степень извлечения кислорода и производительность короткоцикловой адсорбционной установки в широком диапазоне изменения режимных параметров ее функционирования (давления на выходе компрессора, длительности цикла «адсорбция-десорбция», коэффициента обратного потока, законов изменения во времени степени открытия регулирующих клапанов). Установлено, что изменение режимных параметров и нагрузки по сырью оказывает существенное влияние на степень извлечения и чистоту кислорода. Установлено, что диапазон значений продолжительности стадии адсорбции и давления на выходе компрессора целесообразно ограничить интервалами 39–43 с и 2.7–2.8?105 Па, соответственно. Время выхода установки на периодический стационарный режим в среднем соответствует 20–30 циклам «адсорбция-десорбция». Сформулированы и решены задачи оптимизации режимных параметров циклических процессов адсорбционного разделения атмосферного воздуха, осуществляемых в двухадсорберной напорной установке с гранулированным цеолитовым адсорбентом NaX, по критерию максимальной степени извлечения кислорода; определены оптимальные режимы функционирования установки для различных условий окружающей среды, при которых обеспечиваются заданные значения чистоты продукционного кислорода (более 45 об. %) и производительности установки ( ~2 л/мин). Показано, что реализация оптимальных законов изменения во времени степени открытия впускных и сбросных клапанов установки КБА позволяет обеспечить заданные значения скорости газового потока в «лобовом» слое адсорбента, при которых не наблюдается истирание адсорбента при реализации многократных циклических адсорбционно–десорбционных процессов.