Η διαδικασία παραγωγής οξυγόνου με διαχωρισμό αέρα προσρόφησης αιώρησης περιλαμβάνει μεταφορά μάζας, μεταφορά θερμότητας και μεταφορά ορμής. Οι αλλαγές πίεσης, συγκέντρωσης και θερμοκρασίας στο σύστημα είναι πολύπλοκες και δύσκολο να μετρηθούν. Η στήριξη σε απλή πειραματική έρευνα έχει μεγάλους περιορισμούς και είναι δύσκολο να αποκτηθεί ο εσωτερικός μηχανισμός της διαδικασίας διαχωρισμού της προσρόφησης. Επομένως, σε σύγκριση με την ταχεία προώθηση των βιομηχανικών εφαρμογών, υπάρχουν πολλές ερευνητικές εργασίες που πρέπει να ενισχυθούν.
Το λογισμικό υπολογιστικής δυναμικής ρευστών (CFD) FLUENT χρησιμοποιείται για την αριθμητική προσομοίωση της παραγωγής οξυγόνου με προσρόφηση αιώρησης πίεσης. Το μοντέλο μονοφασικού πορώδους μέσου αερίου φάσης δεν μπορεί να εκφράσει τη μεταφορά μάζας και τη μεταφορά θερμότητας μεταξύ αερίων και στερεών σωματιδίων προσρόφησης. Η διφασική μεταφορά μάζας αέριο-στερεού και η μεταφορά θερμότητας στη διαδικασία διαχωρισμού προσρόφησης αιώρησης πίεσης εκφράζονται μέσω προσαρμοσμένου προγραμματισμού. Το μονοφασικό μοντέλο έχει βελτιωθεί σε ένα μοντέλο προσρόφησης αιώρησης πίεσης ροής αερίου-στερεού δύο φάσεων, αναλύεται η αλληλεπίδραση μεταξύ του διφασικού αερίου-στερεού στη διαδικασία κύκλου προσρόφησης αιώρησης πίεσης και ο εσωτερικός μηχανισμός της προσρόφησης αιώρησης πίεσης είναι εξερευνηθεί. Η μέθοδος CFD χρησιμοποιήθηκε για τη μελέτη των επιδράσεων της διαμέτρου σωματιδίων και του ρυθμού ανάστροφης έκπλυσης στην απόδοση της παραγωγής οξυγόνου PSA, προκειμένου να καθοδηγηθεί καλύτερα το πείραμα και να αναλυθεί ο νόμος κατανομής ροής στη γεμάτη προσρόφηση κλίνη. Τα κύρια περιεχόμενα είναι:
Με βάση τη βασική αρχή της παραγωγής οξυγόνου διαχωρισμού αέρα PSA, προσδιορίστηκαν το μοντέλο ρυθμού μεταφοράς μάζας και το μοντέλο ισορροπίας δύο φάσεων. Η συνάρτηση συνάρτησης που ορίζεται από το χρήστη (UDF) του FLUENT χρησιμοποιήθηκε για τη σύζευξη του μοντέλου μεταφοράς μάζας και του μοντέλου ισορροπίας με το μοντέλο πορώδους μέσου για να αντικατοπτρίζει το φαινόμενο μεταφοράς μάζας δύο φάσεων αέριο-στερεού. Μέσω της καθορισμένης από τον χρήστη βαθμωτής λειτουργίας (UDS), εισήχθη η εξίσωση ενέργειας στερεάς φάσης για την ενσωμάτωση του μονοφασικού μοντέλου πορώδους μέσου σε ένα πιο ολοκληρωμένο μοντέλο σταθερής συσκευασμένης κλίνης παραγωγής οξυγόνου PSA δύο φάσεων ροής αερίου-στερεού. Η αξιοπιστία του μοντέλου PSA ροής δύο φάσεων αερίου-στερεού επαληθεύτηκε από τις πτυχές της προσομοίωσης και της πειραματικής σύγκρισης της καμπύλης ισοθερμικής καμπύλης Langmuir των εξαρτημάτων, τη δοκιμή ανεξαρτησίας πλέγματος, τη σύγκριση της χρήσης του μοντέλου ιξώδους και την προσομοίωση και πειραματική σύγκριση του μέσου μοριακού κλάσματος οξυγόνου στην έξοδο.
Με βάση το καθιερωμένο αξιόπιστο μοντέλο PSA ροής δύο φάσεων, προσομοιώθηκε και αναλύθηκε ο συνήθως χρησιμοποιούμενος κύκλος παραγωγής οξυγόνου PSA δύο κλινών τεσσάρων σταδίων και η κατανομή μοριακού κλάσματος οξυγόνου αέριας φάσης στην κλίνη προσρόφησης στο τέλος των τεσσάρων βημάτων στο λήφθηκαν διαφορετικοί κύκλοι, η συγκέντρωση προσρόφησης των συστατικών στη στερεά φάση και η αλλαγή της θερμοκρασίας δύο φάσεων. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι το μέγιστο μοριακό κλάσμα οξυγόνου στο τέλος του πρώτου κύκλου μπορεί να φτάσει το 72.0%, το ποσοστό ανάκτησης είναι περίπου 31,4% και η θερμοκρασία δύο φάσεων αέριο-στερεού κυμαίνεται γύρω στους 10K. Κατά τη διάρκεια του κύκλου μη σταθερής κατάστασης, το μοριακό κλάσμα οξυγόνου και ο ρυθμός ανάκτησης αυξάνονται με την αύξηση του αριθμού των κύκλων, αλλά ο ρυθμός αύξησης σταδιακά μειώνεται και επιτυγχάνεται μια σταθερή κατάσταση στον έκτο κύκλο. Αφού σταθεροποιηθεί ο κύκλος, το μέγιστο μοριακό κλάσμα οξυγόνου μπορεί να φτάσει το 99,9%, και το ποσοστό ανάκτησης οξυγόνου είναι περίπου 39,5%. Η συγκέντρωση προσρόφησης του συστατικού στη στερεά φάση εξαρτάται μόνο από τη μοριακή συγκέντρωση του συστατικού στην αέρια φάση και δεν έχει καμία απαραίτητη σχέση με το μοριακό κλάσμα του συστατικού της αέριας φάσης.
Η μεταβολή της θερμοκρασίας αερίου-στερεού στην περιοχή δύο φάσεων των πορωδών μέσων οφείλεται κυρίως στην προσρόφηση και εκρόφηση αζώτου. Το μοντέλο προσρόφησης αιώρησης πίεσης ροής δύο φάσεων χρησιμοποιήθηκε για τη μελέτη των επιδράσεων της διαμέτρου σωματιδίων και του ρυθμού αντίστροφης έκπλυσης στη συγκέντρωση και την τιμή ανάκτησης του οξυγόνου στο προϊόν παραγωγής οξυγόνου προσρόφησης αιώρησης πίεσης. Όταν ο ρυθμός αντίστροφης πλύσης ήταν 0.6, οι συγκρίσεις προσομοίωσης χρησιμοποιώντας διαμέτρους σωματιδίων 0.4 mm, 0.8 mm, 1.6 mm, 3.2 mm και 6.4 mm έδειξαν ότι υπήρχε η βέλτιστη μέγεθος σωματιδίων 1,6 mm που επέτρεψε στο μέσο μοριακό κλάσμα οξυγόνου στην παραγωγή αερίου και στον ρυθμό ανάκτησης οξυγόνου να φτάσουν τις μέγιστες τιμές, οι οποίες ήταν 99,7% και 39,5%, αντίστοιχα. Όταν η διάμετρος των σωματιδίων ήταν 1,6 mm, τα αποτελέσματα της προσομοίωσης των ρυθμών αντίστροφης πλύσης των 0.4, 0.5, 0.6, 0.7 και {{ 31}}.8 συγκρίθηκαν και διαπιστώθηκε ότι ο ρυθμός ανάκτησης οξυγόνου έφτασε στη μέγιστη τιμή του όταν ο ρυθμός αντίστροφης πλύσης ήταν 0.6.
