[发明专利]一种立式径向流吸附器结构优化方法

说明书

本发明公开了一种高效的立式径向流吸附器结构优化方法。具体包括以下步骤：包括以下步骤：建立立式径向流吸附器初始模型，通过数值模拟计算得到初始流场；对影响立式径向流吸附器效率的因素进行计算；根据计算结果，判断是否达到最优设计，如果各个影响因素都达到最优，则得到吸附器结构的最优设计参数；如果没有达到最优，则进入优化阶段，直至达到最优；将数值模拟的结果与实验测量结果进行比较，验证了模拟实验的可靠性，将优化后的数值模拟结果与原模型进行比较，吸附效率提高了52.05%，验证了优化设计的高效性。

技术领域

本发明涉及气体分离纯化领域，具体涉及一种立式径向流吸附器结构优化方法。

背景技术

工业气体是现代工业的基础原材料，被喻为工业的“血液”。据统计，2016-2018年全球工业气体增长率保守估计为7％，到2018年，全球工业气体市场规模将超过1220亿美元，需求量巨大。目前，工业气体主要采用低温法的空气分离来获取，该方法具有纯度高，成本低的特点，更适合大规模工业气体的生产。

由于空气属于多组分气体，不能直接对原料气体进行分离，通常需要进行预先纯化处理，该处理过程所用到的设备称为吸附器，一般包括卧式水平床吸附器，立式轴向流吸附器和立式径向流吸附器吸附器。其中立式径向流吸附器因其占地面积小，能量消耗低更适合大型空分设备的发展。由于运输限制，吸附器直径无法过大，为提高吸附量，只能通过增加吸附器高度来实现，而通过增加高度的方法又会增大吸附床层高度与外环形流道的当量直径的比值，使得床层径向压降沿高度变化更加复杂，导致吸附器内径向流量分布更不均匀，吸附剂的利用率下降。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供用于深冷技术领域中空分设备的一种立式径向流吸附器结构优化方法，经过优化的吸附器处理效果更佳。

一种立式径向流吸附器结构优化方法，包括以下步骤：步骤1，建立立式径向流吸附器初始模型，通过数值模拟计算得到初始流场；步骤2，对影响立式径向流吸附器效率的因素进行计算；步骤3，根据内外流道压降的均匀度式中，N为计算的数据个数；Δp_i为i点静压，Pa；表示静压均值，Pa，判断是否达到最优化状态，如果达到最优设计参数，便可使用吸附器，如果未达到最优设计参数，则进入优化阶段，直至达到最优化状态。

作为改进的是，步骤1中所述的初始模型包括入口、出口、罐体、内多孔管、中部多孔管、外多孔管，底部球冠封头、第一无孔钢圈、第二无孔钢圈、第三无孔钢圈、承重槽钢、中心流道分布器，外多孔管与罐体之间为外流道，内多孔管之间为内流道，所述入口位于罐体下端，所述出口位于罐体上端，所述内多孔管、中部多孔管和外多孔管下端均焊接于底部球冠封头上，上端分别连接第一无孔钢圈、第二无孔钢圈、第三无孔钢圈，所述外多孔管与中部多孔管的夹层为第一吸附区，所述中部多孔管和内多空管的夹层为第二吸附区，所述第一无孔钢圈、第二无孔钢圈和第三无孔钢圈悬挂于罐体内顶部，承重槽钢位于罐体顶部与外流道对应，所述外多孔管与罐体内壁之间的空腔为外流道，所述内多孔管和外多孔管之间的空腔内填充多孔介质作为吸附层，所述内多孔管围城的空腔为中心流道。

作为改进的是，所述第一吸附区内填料为活性氧化铝吸附剂，所述第二吸附区的填料为分子筛吸附器。

作为改进的是，步骤1中计算初始流场时，吸附等温方程采用Dubinin-Astakhov模型，即其中式中，m表示吸附剂吸附能的分布；V为单位质量吸附剂吸附的气体体积，m³；V₀为有限微体积，m³；R为气体常数，J/(mol·K)；T为绝对温度，K；F为吸附剂表面能量分布函数；β为经验参数。