接上篇

2. 制氧吸附塔

2.1 吸附塔类型

吸附塔是变压吸附制氧装置工艺技术的主要设备之一。根据气体在吸附塔内分布形式及流动方向不同，其可分为轴向吸附塔、卧式吸附塔和径向吸附塔。

轴向吸附塔。制氧气量相对较小时，吸附塔多采用轴向结构（图 4）。轴向床结构简单、制作方便；当制氧装置的规模增大时，直径也需相应加大，会使气流分布不够均匀，对应阻力变大，导致制氧能耗升高；当塔内流速超过流化速度时，会使分子筛相互研磨而粉化，所以塔内流化速度和塔内压降影响塔的直径和塔高。

卧式吸附塔。卧式塔（图 5）可以增加床层截面积，同时可以提高气体处理量，但床层截面积太大时会使气流分布不均匀，从而形成混流，使得分子筛床层产生混层。另外，床层面积大也会造成气流壁流效应较大，使得生产效率降低，造成氧气纯度及气量不达标。

径向吸附塔 。径向塔（图 6）床层具有较大横截面积且压降较小，空气从径向吸附塔底部进入，气流分散后经塔外壁沿径向汇集到中心，中心气流从底部引出；吸附器外侧为 13X 分子筛，而内侧为锂基分子筛，气流通过时依次实现脱水、脱碳、脱氮，最终氧气从中心流出。

径向吸附塔特点：径向吸附塔外层接触面积较大，床层中空塔流速较低（≤ 0.2 m/s），可充分保障空气与分子筛接触时间，增强传质效果，可有效避免气流出现偏离、沟流等现象。同时，径向吸附塔可使得床层阻力降低，且塔内死区床层占有率较小，充分保证了吸附效率，又可降低能耗。

径向吸附塔的优点：① 相较于轴向吸附塔能耗较低，VPSA制氧装置能耗可降低约 10%～15% ；② 结构上分子筛利用率高，吸附床层稳定性好，可有效避免分子筛粉化；③ 相较于轴向吸附塔和卧式吸附塔，径向吸附塔占地面积小、易于加工制造且对制氧规模适应性强。

2.2 径向吸附塔模拟

王浩宇等研究了径向吸附塔内件结构参数及塔内件结构型式对气体传质的影响，通过模拟和实验分析了塔内吸附床层的分布规律，以及床层对氧气收率等参数的影响。张学军等研究了径向吸附塔床层内分子筛吸附过程的气固两相温度，以及产品气浓度的变化，建立了径向流分子筛纯化数值模型。唐忠利等模拟了径向吸附塔气体传质流场均匀度的变化规律，吸附塔内 / 外通道的气流横截面积比值下降，塔内吸附过程中气流的均匀度呈现先升后降的趋势，而解吸过程呈现相反的趋势；在进气端采用导气锥结构时可有效改变吸附塔内的流场均匀度。

史怡坤等研究了不同粒径的制氧吸附剂对塔内氧气浓度的影响，发现制氧吸附剂分子筛颗粒直径越小，塔内氧气浓度分布越均匀；同时，直径越小，越能避免吸附传质过程提前穿透，进一步提升吸附时间，增加产品气回收率及氧气浓度（图 7）；另外，提高中心流道的气体流通面积与外流道的气体流通面积的比值，可有效改变气流分布均匀度，增加吸附效率。

综上所述，通过对径向吸附塔的流场模拟及传质过程规律的分析，为径向吸附塔的优化设计提供了数据支撑，可使制氧装置核心设备的性能得到有效提升，进而使工艺装置的各项参数（如氧气浓度、回收率 )进一步提高。同时 , 需要关注径向吸附塔从模拟到小试时各项实际运行参数与模拟数据的对比，及时修正模拟数据，为中试装置设计奠定基础。

待续……