กระบวนการผลิตออกซิเจนโดยการแยกอากาศดูดซับด้วยแรงดันสวิงเกี่ยวข้องกับการถ่ายเทมวล การถ่ายเทความร้อน และการถ่ายโอนโมเมนตัม การเปลี่ยนแปลงความดัน ความเข้มข้น และอุณหภูมิในระบบมีความซับซ้อนและวัดได้ยาก การวิจัยเชิงทดลองอย่างง่ายมีข้อจำกัดอย่างมาก และเป็นการยากที่จะได้กลไกภายในของกระบวนการแยกตัวดูดซับ ดังนั้นเมื่อเทียบกับการส่งเสริมการใช้งานทางอุตสาหกรรมอย่างรวดเร็ว มีงานวิจัยจำนวนมากที่ต้องเสริมความแข็งแกร่ง
ซอฟต์แวร์พลศาสตร์ของไหลเชิงคำนวณ (CFD) FLUENT ใช้สำหรับการจำลองเชิงตัวเลขของการผลิตออกซิเจนโดยการดูดซับด้วยแรงดันสวิง ตัวกลางที่มีรูพรุนเฟสเดียวเฟสก๊าซไม่สามารถแสดงการถ่ายเทมวลและการถ่ายเทความร้อนระหว่างก๊าซและอนุภาคการดูดซับของแข็ง การถ่ายโอนมวลสองเฟสที่เป็นของแข็งและก๊าซและการถ่ายเทความร้อนในกระบวนการแยกการดูดซับแบบสวิงแรงดันจะแสดงออกผ่านโปรแกรมแบบกำหนดเอง แบบจำลองเฟสเดียวได้รับการปรับปรุงให้เป็นแบบจำลองการดูดซับแรงดันสวิงแบบไหลสองเฟสที่เป็นของแข็งของแก๊ส วิเคราะห์ปฏิสัมพันธ์ระหว่างสองเฟสที่เป็นของแข็งของแก๊สในกระบวนการวงจรการดูดซับแบบสวิงแรงดัน และกลไกภายในของการดูดซับแบบสวิงแรงดันคือ สำรวจแล้ว วิธี CFD ใช้เพื่อศึกษาผลกระทบของเส้นผ่านศูนย์กลางของอนุภาคและอัตราการไหลย้อนกลับต่อประสิทธิภาพของการผลิตออกซิเจน PSA เพื่อเป็นแนวทางในการทดลองและวิเคราะห์กฎการกระจายการไหลในเตียงบรรจุการดูดซับได้ดียิ่งขึ้น เนื้อหาหลักคือ:
ตามหลักการพื้นฐานของการผลิตออกซิเจนสำหรับการแยกอากาศ PSA แบบจำลองอัตราการถ่ายโอนมวลและแบบจำลองสมดุลสองเฟสจึงถูกกำหนด ฟังก์ชันฟังก์ชันที่ผู้ใช้กำหนด (UDF) ของ FLUENT ใช้เพื่อจับคู่แบบจำลองการถ่ายโอนมวลและแบบจำลองสมดุลกับแบบจำลองตัวกลางที่มีรูพรุน เพื่อสะท้อนถึงเอฟเฟกต์การถ่ายโอนมวลสองเฟสที่เป็นของแข็งของก๊าซ ด้วยฟังก์ชันสเกลาร์ที่ผู้ใช้กำหนด (UDS) สมการพลังงานเฟสของแข็งถูกนำมาใช้เพื่อรวมแบบจำลองเฟสเดียวขนาดกลางที่มีรูพรุนเข้ากับแบบจำลองเตียงบรรจุคงที่ของการผลิตออกซิเจน PSA การไหลแบบสองเฟสที่เป็นของแข็งก๊าซที่สมบูรณ์ยิ่งขึ้น ความน่าเชื่อถือของแบบจำลอง PSA การไหลแบบสองเฟสของของแข็งก๊าซได้รับการตรวจสอบจากแง่มุมต่างๆ ของการจำลองและการเปรียบเทียบเชิงทดลองของกราฟไอโซเทอร์มของแลงมัวร์ของส่วนประกอบต่างๆ การทดสอบความเป็นอิสระของกริด การเปรียบเทียบการใช้แบบจำลองความหนืด และ การจำลองและการเปรียบเทียบเชิงทดลองของเศษส่วนโมลออกซิเจนเฉลี่ยที่ทางออก
จากแบบจำลอง PSA การไหลแบบสองเฟสที่เชื่อถือได้ที่จัดตั้งขึ้น ได้มีการจำลองและวิเคราะห์วงจรการผลิตออกซิเจน PSA สี่ขั้นตอนแบบสองห้องนอนที่ใช้กันทั่วไป และการกระจายเศษส่วนโมลของออกซิเจนในเฟสก๊าซในเบดดูดซับที่ส่วนท้ายของสี่ขั้นตอนใน รอบที่ต่างกัน ความเข้มข้นของการดูดซับของส่วนประกอบในเฟสของแข็ง และการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิสองเฟส ผลลัพธ์แสดงให้เห็นว่าสัดส่วนโมลออกซิเจนสูงสุดเมื่อสิ้นสุดรอบแรกสามารถสูงถึง 72.0% อัตราการฟื้นตัวอยู่ที่ประมาณ 31.4% และอุณหภูมิสองเฟสที่เป็นของแข็งก๊าซจะผันผวนประมาณ 10K ในระหว่างวงจรที่มีสถานะไม่คงที่ สัดส่วนของโมลออกซิเจนและอัตราการฟื้นตัวจะเพิ่มขึ้นตามจำนวนรอบที่เพิ่มขึ้น แต่อัตราการเพิ่มขึ้นจะค่อยๆ ลดลง และจะถึงสถานะคงตัวในรอบที่หก หลังจากที่วงจรเสถียรแล้ว สัดส่วนของโมลออกซิเจนสูงสุดจะสูงถึง 99.9% และอัตราการนำออกซิเจนกลับคืนมาอยู่ที่ประมาณ 39.5% ความเข้มข้นของการดูดซับของส่วนประกอบในเฟสของแข็งขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของโมลของส่วนประกอบในเฟสก๊าซเท่านั้น และไม่มีความสัมพันธ์ที่จำเป็นกับเศษส่วนของโมลของส่วนประกอบในเฟสก๊าซ
การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิของของแข็งและก๊าซในบริเวณสองเฟสของตัวกลางที่มีรูพรุนมีสาเหตุหลักมาจากการดูดซับและการปลดปล่อยไนโตรเจน แบบจำลองการดูดซับแบบสวิงแรงดันไหลแบบสองเฟสถูกนำมาใช้เพื่อศึกษาผลกระทบของเส้นผ่านศูนย์กลางอนุภาคและอัตราการล้างย้อนกลับต่อความเข้มข้นและค่าการคืนสภาพของออกซิเจนในผลิตภัณฑ์การผลิตออกซิเจนแบบดูดซับแบบสวิงแรงดัน เมื่ออัตราการล้างย้อนกลับเป็น 0.6 การเปรียบเทียบการจำลองโดยใช้เส้นผ่านศูนย์กลางอนุภาคที่ 0.4 มม., 0.8 มม., 1.6 มม., 3.2 มม. และ 6.4 มม. แสดงให้เห็นว่ามีความเหมาะสมที่สุด ขนาดอนุภาค 1.6 มม. ซึ่งทำให้เศษส่วนโมลาร์เฉลี่ยของออกซิเจนในการผลิตก๊าซและอัตราการนำออกซิเจนกลับคืนสู่ค่าสูงสุด ซึ่งก็คือ 99.7% และ 39.5% ตามลำดับ เมื่อเส้นผ่านศูนย์กลางของอนุภาคคือ 1.6 มม. ผลลัพธ์การจำลองของอัตราการย้อนของ 0.4, 0.5, 0.6, 0.7 และ {{ 31}}.8 ถูกเปรียบเทียบ และพบว่าอัตราการนำออกซิเจนกลับคืนมาถึงค่าสูงสุดเมื่ออัตราการชะล้างย้อนกลับเป็น 0.6
