随着国内钢铁企业向高技术含量、高附加值产品方向发展及煤制油、甲醇、乙烯等行业的快速发展，5万～6万等级的大型空分设备不断投入使用。空分设备的大型化对空分技术提出了新的要求，而空气纯化系统作为空分过程的前提保障，对其性能的研究具有重要意义。本文通过研究宝钢现有7号空分纯化系统流程，建立数学模型，对纯化器性能进行理论计算和优化，实现纯化系统安全、稳定、节能运行。　　 本文采用非平衡、非等温、非绝热模型对分子筛纯化过程进行模拟和分析。模型中，使用轴向活塞流模型表征流体流动，运用A-D方程描述气固相间的吸附平衡，同时，采用线性推动力模型表示气固相之间的传质作用。在能量控制方程组中，考虑非绝热影响，加入塔壁能量守恒方程。偏微分方程组采用有限差分法进行离散，使用Newton法-LU分解法求解离散后的非线性代数方程组。　　 采用上述模型计算得到的再生过程出口温度曲线与现场实验数据吻合较好，证明了模型的可靠性。根据模型对比分析了13X单层床与活性氧化铝/13X双层床吸附性能；模拟计算了吸附床不同位置浓度、温度在吸附-解吸过程中的动态变化；考察了进气温度、气体流速、接触时间、传热传质系数、床层初始负荷、吸附剂填充高度等工艺参数对过程性能及能耗的影响；分析了纯化器增加保温措施的可行性并预测保温节能效益。结果表明，一定的再生温度下，再生过程气体流量存在最优值，使得再生气耗量最低；再生气流量一定时，存在最佳的再生加热温度，使得再生能耗最低；双层床吸附器优化设计中，当H2O在活性氧化铝层、CO2在13X层同时穿透时，吸附剂的利用率最高。　　 对纯化器增加保温措施的模拟计算显示，保温后再生加热过程散热减少93.5％，对于6万等级的空分系统，相当于每年可节约4400吨1.4MPa的加热蒸汽。