Proses produksi oksigen dengan pemisahan udara adsorpsi ayunan tekanan melibatkan perpindahan massa, perpindahan panas dan perpindahan momentum. Perubahan tekanan, konsentrasi dan suhu dalam sistem sangat kompleks dan sulit diukur. Mengandalkan penelitian eksperimental sederhana memiliki keterbatasan yang besar dan sulit untuk memperoleh mekanisme internal dari proses pemisahan adsorpsi. Oleh karena itu, dibandingkan dengan pesatnya kemajuan aplikasi industri, masih banyak penelitian yang perlu diperkuat.
Perangkat lunak dinamika fluida komputasi (CFD) FLUENT digunakan untuk simulasi numerik produksi oksigen dengan adsorpsi ayunan tekanan. Model medium berpori satu fasa gas tidak dapat menyatakan perpindahan massa dan perpindahan panas antara gas dan partikel adsorpsi padat. Perpindahan massa dua fase gas-padat dan perpindahan panas dalam proses pemisahan adsorpsi ayunan tekanan diekspresikan melalui pemrograman khusus. Model fase tunggal ditingkatkan menjadi model adsorpsi ayunan tekanan aliran dua fase gas-padat, interaksi antara dua fase gas-padat dalam proses siklus adsorpsi ayunan tekanan dianalisis, dan mekanisme internal adsorpsi ayunan tekanan adalah dieksplorasi. Metode CFD digunakan untuk mempelajari pengaruh diameter partikel dan laju backflush terhadap kinerja produksi oksigen PSA, untuk memandu percobaan dengan lebih baik dan menganalisis hukum distribusi aliran dalam lapisan padat adsorpsi. Isi utamanya adalah:
Berdasarkan prinsip dasar produksi oksigen pemisahan udara PSA, model laju perpindahan massa dan model kesetimbangan dua fase ditentukan. Fungsi yang ditentukan pengguna (UDF) dari FLUENT digunakan untuk menggabungkan model perpindahan massa dan model kesetimbangan dengan model media berpori untuk mencerminkan efek perpindahan massa dua fase gas-padat. Melalui fungsi skalar yang ditentukan pengguna (UDS), persamaan energi fase padat diperkenalkan untuk mengintegrasikan model fase tunggal medium berpori ke dalam model lapisan tetap produksi oksigen PSA aliran dua fase gas-padat yang lebih lengkap. Keandalan model PSA aliran dua fasa gas-padat diverifikasi dari aspek simulasi dan perbandingan eksperimental komponen kurva isoterm Langmuir, uji independensi grid, perbandingan penggunaan model viskositas, dan simulasi dan perbandingan eksperimental rata-rata fraksi mol oksigen di saluran keluar.
Berdasarkan model PSA aliran dua fase yang dapat diandalkan, siklus produksi oksigen PSA empat langkah dua tempat tidur yang umum digunakan disimulasikan dan dianalisis, dan distribusi fraksi mol oksigen fase gas dalam lapisan adsorpsi pada akhir empat langkah dalam siklus yang berbeda, diperoleh konsentrasi adsorpsi komponen dalam fase padat dan perubahan suhu dua fase. Hasilnya menunjukkan bahwa fraksi mol oksigen maksimum pada akhir siklus pertama dapat mencapai 72.0%, tingkat perolehan kembali sekitar 31,4%, dan suhu dua fase gas-padat berfluktuasi sekitar 10K. Selama siklus non-keadaan tunak, fraksi mol oksigen dan laju perolehan keduanya meningkat seiring bertambahnya jumlah siklus, namun laju kenaikan secara bertahap menurun, dan keadaan tunak dicapai pada siklus keenam. Setelah siklus stabil, fraksi mol oksigen maksimum dapat mencapai 99,9%, dan laju perolehan oksigen sekitar 39,5%. Konsentrasi adsorpsi komponen dalam fasa padat hanya bergantung pada konsentrasi mol komponen dalam fasa gas, dan tidak mempunyai hubungan yang diperlukan dengan fraksi mol komponen fasa gas.
Perubahan suhu gas-padat di daerah dua fase media berpori terutama disebabkan oleh adsorpsi dan desorpsi nitrogen. Model adsorpsi ayunan tekanan aliran dua fase digunakan untuk mempelajari pengaruh diameter partikel dan laju backwash terhadap konsentrasi dan nilai perolehan oksigen dalam produk produksi oksigen adsorpsi ayunan tekanan. Ketika laju backwash sebesar 0.6, perbandingan simulasi menggunakan diameter partikel 0.4mm, 0.8mm, 1.6mm, 3.2mm, dan 6.4mm menunjukkan adanya optimal ukuran partikel 1,6 mm yang memungkinkan rata-rata fraksi molar oksigen dalam produksi gas dan laju perolehan oksigen mencapai nilai maksimum, yaitu masing-masing 99,7% dan 39,5%. Pada saat diameter partikel 1,6 mm, diperoleh hasil simulasi laju backwash sebesar 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, dan {{ 31}}.8 dibandingkan, dan ditemukan bahwa laju perolehan oksigen mencapai nilai maksimumnya ketika laju pencucian balik adalah 0.6.
