变压吸附技术具有适用性强、可靠性高、成本低、效率高、环境友好等优点,应用广泛。本文采用FLUENT软件对两床Skarstrom变压吸附空分制氧循环过程进行了模拟研究,分析了循环过程中氧气浓度、气相温度、气体流速及床层压降等的分布情况,同时研究了吸附剂颗粒直径对变压吸附空分制氧的影响,为生产实践提供指导。主要研究内容如下:根据变压吸附空分制氧原理,采用FLUENT用户自定义函数(UDF)功能将传质速率模型和两相平衡模型与多孔介质模型耦合,并利用FLUENT用户自定义标量(UDS)功能引入固相能量守恒方程,建立气固两相流变压吸附空分制氧模型,以反映气固两相的传质、传热和动量传递。通过对七种不同网格数的模型进行模拟来考核网格独立性,得到网格数为50854的模型可满足要求。将各循环出口氧气平均摩尔分数模拟结果与文献中实验结果对比,误差在2%左右,表明所建吸附床模型正确。基于建立的气固两相变压吸附模型,对两床四步Skarstrom循环进行模拟分析,得到各个循环四步结束时吸附床内气相氧气摩尔分数分布、组分在固相中的浓度分布及两相温度变化情况等。结果表明:第一个变压吸附循环结束时,吸附床最高氧气摩尔分数可达58.7%,固相氧气、氮气浓度分别可达0.12mol/kg、1.19mol/kg,氧收率为32.55%。随着循环数的增加,氧气摩尔分数和氧收率都不断升高,并在第六个循环时达到稳定状态,此时,氧气最高摩尔分数为99%,氧收率为53.35%。采用气固两相变压吸附模型,研究了吸附剂颗粒直径对氧气浓度和氧收率的影响。反吹率为0.5时,采用吸附剂颗粒直径0.8mm、1.6mm、2.4mm、3.2mm、4.0mm的模型进行模拟,对比表明:相同条件下,吸附剂颗粒直径越大,床层均流效果越差,不能有效抵挡床层入口气体急流,导致床层易被穿透,氧气浓度大大降低。颗粒直径越小,床层压降越大,同样会减弱吸附效果。吸附剂颗粒直径1.6mm表现最优。