模擬移動床(SMB)色譜模型的求解方法研究.pdf

1、模擬移動床(SMB)色譜技術(shù)是一種強(qiáng)大的且極具吸引力的新型吸附分離手段，時空守恒元解元(CE/SE)方法是求解守恒型方程的一種全新的高精度的數(shù)值研究方法，本文將兩者結(jié)合起來進(jìn)行研究，經(jīng)過研究取得了較好的效果。一方面為SMB色譜吸附分離模型探索出了一種優(yōu)越、快速高效的數(shù)值方法，使得SMB色譜吸附分離過程的整體性能得到了提升和改善，相應(yīng)地為工業(yè)色譜分離帶來了一定的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益；另一方面，將國際上流行的時空CE/SE方法的應(yīng)用領(lǐng)域拓展到

2、SMB色譜吸附分離領(lǐng)域，某種程度上證實了該高效算法的廣泛適用性和強(qiáng)大的處理復(fù)雜流體問題的能力。
　　 本文首先對SMB色譜吸附分離模型進(jìn)行了研究，經(jīng)過模擬仿真，對模型數(shù)值求解方法的數(shù)值結(jié)果進(jìn)行了比較，結(jié)果表明，二階中心差分機(jī)制的數(shù)值解不穩(wěn)定，一階迎風(fēng)機(jī)制的數(shù)值結(jié)果與五階WENO機(jī)制的數(shù)值結(jié)果的精確度表現(xiàn)出近5倍的最大差距，且計算速度也達(dá)到了接近9倍的差距，因而推出數(shù)值求解方法的優(yōu)劣對SMB色譜分離效果的影響比較大的結(jié)論，以及SM

3、B色譜模型的傳統(tǒng)數(shù)值方法表現(xiàn)出了求解速度慢、數(shù)值結(jié)果不穩(wěn)定、精度不高的局限性。接著引入了對時空CE/SE方法的深入研究，通過仿真求解一維守恒型對流擴(kuò)散方程，得出時空CE/SE方法具有求解數(shù)值結(jié)果穩(wěn)定、高效和高精度的優(yōu)點。然后將時空CE/SE方法與SMB色譜模型結(jié)合起來進(jìn)行研究，將時空CE/SE方法應(yīng)用到具體SMB色譜模型上進(jìn)行仿真求解，在理論和模擬仿真結(jié)果上分別與正交配置有限元法(OCFEM)進(jìn)行了整體比較，結(jié)果表明，時空CE/SE方法

4、比OCFE方法穩(wěn)定，精確度比OCFE方法高近5%，計算速度也比OCFE方法提高了近1/3。最后又借助實際工業(yè)葡萄糖-果糖SMB色譜吸附分離實例，針對時空CE/SE方法本身的CFL數(shù)和網(wǎng)格數(shù)兩個主要參數(shù)對分離性能的影響，通過模擬仿真對數(shù)值結(jié)果進(jìn)行了性能評價，結(jié)果表明，CFL數(shù)對結(jié)果影響較小，網(wǎng)格點數(shù)對結(jié)果影響較大，且分離過程在CFL數(shù)為0，8、網(wǎng)格數(shù)為51和第40個周期循環(huán)時達(dá)到偽穩(wěn)定狀態(tài)，數(shù)值計算結(jié)果的性能相對是最好的，并且在選擇了滿足

5、穩(wěn)定性和精度要求的合適網(wǎng)格點數(shù)的情況下，CFL數(shù)在滿足穩(wěn)定性要求的｜v｜<1范圍內(nèi)還可以適當(dāng)?shù)脑龃髞頊p少計算時間和提高精度。
　　 本文的研究，把時空CE/SE方法的優(yōu)越性在SMB色譜模型上加以體現(xiàn)，對時空CE/SE方法和SMB色譜吸附分離問題的研究都取得了進(jìn)展。將本文的研究成果應(yīng)用到實際工業(yè)工程上指導(dǎo)實踐，根據(jù)本文的研究內(nèi)容和結(jié)果，理論上能夠減少實驗成本，提高效率，有利于工業(yè)放大，帶來較大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，但在工業(yè)工程上的