Разработка математической модели молекулярно- селективного переноса газа в гибридном мембранно- адсорбционном концентраторе кислорода

Abstract

Большинство современных концентраторов кислорода используют технологию сорбционного разделения воздуха. Разработка гибридной мембранно-сорбционной технологии разделения способна повысить энергоэффективность процесса. В работе рассмотрена математическая модель молекулярно-селективного переноса газа в гибридном концентраторе кислорода, состоящем из адсорбционного и мембранного блоков объединенных в циркуляционный контур. В основе рассмотренной гибридной модели использована модель равновесной изотермической сорбции с линейными изотермами без продольного перемешивания для численного расчета адсорбционного блока системы и модель идеального вытеснения в полости высокого давления с перпендикулярным оттоком в полости низкого давления для расчета мембранного блока системы. В результате исследования получена высокая адекватность модели с экспериментом в диапазоне концентраций кислорода до 90%, проведено сравнение с ранее полученными результатами. Предложена новая модель способная учитывать стадии уравнивания и противоточной продувки. Most modern oxygen concentrators use sorption air separation technology. The development of a hybrid membrane-sorption separation technology can improve the energy efficiency of the process. The paper considers a mathematical model of molecular-selective gas transfer in a hybrid oxygen concentrator consisting of adsorption and membrane units combined into a circulation loop. The considered hybrid model is based on a model of equilibrium isothermal sorption with linear isotherms without longitudinal mixing for numerical calculation of the adsorption unit of the system and a model of ideal displacement in the high pressure cavity with perpendicular outflow in the low pressure cavity to calculate the system membrane unit. In the course of the study, a high adequacy of the model was obtained with an experiment in the range of oxygen concentrations up to 90%, and a comparison was made with previously obtained results. A new model has been proposed that is able to take into account the equalization and countercurrent blowing stages.