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力和湿度有关,为便于比较通常所说的体积流量是指标准状态(温度为20℃,,相对湿度为65%)而言,此时的流量以Nm3/h为单位,N即表示标准状态。空气具有可压缩性,经空气压缩机做机械功使本身体积缩小、压力提高后的空气叫压缩空气。压缩空气里含有很多杂质:,包括水雾、水蒸气、凝结水;:包括油污、油蒸气;:锈泥、金属粉末、橡胶粉末、焦油粒及滤材、密封材料的细末等;此外还有多种有害的化学异味物质等。压缩空气可以通过加压、降温、吸附等方法来除去其中的水蒸气。可通过加热、过滤、机械分离等方法除去液态水份。吸附、膜渗透:..被吸附的组分称作吸附介质,多孔固体称为吸附剂。吸附剂与吸附介质的连接力是化学键,而吸附介质的解析靠升温或降低该组分在气压中分压。另一种情况是吸附组分与固体吸附剂去化学反应时,称为化学吸附,化学吸附一般情况下不能再生。膜渗透指在气体净化过程中聚合物分离气体是基于一个或多个气体组分从膜的一边选择性的渗透到另一边。该组分溶解于聚合物膜的表面,并沿着膜传递形成一浓度差,保持此浓度差是靠膜一边组分的分压高于膜另一边该组分的分压。篇三:变压吸附制氮装置变压吸附制氮装置用于工业生产中的惰性保护顾飞龙张力钧张丽华上海化工研究院200062摘要本文简要介绍变压吸附制氮技术的基本原理及数学模型,变压吸附制氮装置用于工业生产中的惰性保护。关键词变压吸附数学模型制氮装置应用1、概述工业生产过程中,有毒有害、易燃易爆、易挥发的物料需要惰性气体保护,而氮气作为惰性气体的一种,气源丰富,空气中含量79%,在生产中的应用已日益广泛。目前广泛应用于安全保护气、置换气、注氮三次采油、煤矿防火灭火、氮基气氛热处理、防腐防爆、电子工业、集成电路等。例如化工助剂生产中采用封:..的爆炸和燃烧,防止溶剂和粉末释放,同时防止干燥产品在干燥期间的过热氧化作用和降解。传统的空气分离是采用深冷法,利用空气中氧氮等的沸点不同,使空气深冷液化,进行分离提纯。虽然分离量大,纯度高,但是工艺流程复杂,设备制造、安装、调试要求高,投资大,占地面积大,不适宜应用于中小气量。通过近三十年来的摸索,变压吸附制氮技术已经相当完善。变压吸附气体分离技术(PSA)工艺过程简单,设备制造容易,占地少,启动时间短,设备维护简便,适应性强,自动化程度高,可随时开停车不需采用特别措施。因此,近年来变压吸附在中小规模装置的应用日益增加。2、变压吸附制氮技术基本原理由于吸附剂对不同气体在吸附量、吸附速度、吸附力等方面的差异,以及吸附剂的吸附容量随压力的变化而变化,因此可在加压条件下完成混合气体的吸附分离过程,减低压力解吸所吸附的杂质组份,从而实现气体分离以及吸附剂的循环使用。变压吸附制氮技术,一般采用碳分子筛为吸附剂,碳分子筛对氧氮的吸附速度相差很大,(如图1所示),在短时间内,氧的吸附速度大大超过氮的吸附速度,利用这一特性来完成氧氮分离。碳分子筛对氧的吸附容量随压力的降低而减少,减低压力,即可解吸,完成碳分子筛的再生。另外,碳分子筛对二氧化碳和水分也有吸附能力,且较容易减压解吸。时间MIN:..、变压吸附制氮的数学模型PSA制氮过程的动态行为可以从以下几个方面来描述:(一般为常温)下气体的压力升降相平衡的吸附剂吸附容量相应变化,过程消耗的能量是气体的压缩能;温度恒定,吸附剂的吸附量q和气相中组份的分压p的平衡关系用吸附等温方程来描述。PSA制氮,低温下以物理吸附为主,与Langmuir方程描述一致。Langmuir方程基本假设:①吸附是单分子层;②局部吸附,吸附剂的表面有一定数量的吸附中心,且各吸附中心相互独立,成为局部吸附;③各吸附中心具有相等的吸附能,并在各中心均匀分布。在吸附平衡时,均匀表面的气体分子的吸附速率和解吸速率相等,推得基本吸附等温的Langmuir方程:qqm=k1p1+k1p(1)式中:k1为常数,由实验测得,:A组分:cA:..z222-DL+v?cA?z+cA?c?1-??qA+?=0?z?ε??t?(2)B?cBt-DLcBz2+vcBz+cBc1-ε??qB+?=0??z?ε??t(3):①吸附质从流体中向吸附剂表面的扩散;②吸附质在吸附剂毛细孔中传递;③吸附质在吸附剂表面上的附着。变压吸附制氮的吸附速率主要由②吸附质在毛细孔内的扩散速度决定。因此其吸附速率方程为:Ci2(4)2rtttr式中:Dp为毛细孔内扩散系数;i为吸附剂粒子在毛细孔内的参数;r为制吸附剂粒子中心Dp(+2?Ci)=ε?Ci+ρB?Ni测量起的距离;ε为孔隙度。这些数学模型微分方程和边界条件的假设,对于我们从经验设计转向数学模型设计,以及在放大中必须注意的关键问题,提供了理论指导依据,工程设计人员在实践中使得PSA制氮工业规模由中小型逐步积极稳妥地向大型发展。4、,,环境温度20℃,相对湿度80%,氮气产量从10Nm3/h到3000Nm3/h,氮气纯度从95%%。其工艺流程图如图4:..(或以上),经冷却器冷却至常温,再经过滤器过滤油、水后,进入吸附塔(填充碳分子筛),空气中氧、二氧化碳和水分被吸附,其余组份(主要为氮气)则从出口端流出进入缓冲罐。吸附塔经均压、减压至常压,脱除所吸附的杂质组份,完成碳分子筛的再生。两吸附塔循环交替操作,连续产出氮气。、氮气产量及投资成本,而实际设计和操作是受许多变量的影响。,不能使用减压再生的方法,空气中油份的含量会直接影响到吸附剂的寿命,因此,必须采用精密油过滤器,,保证制氮装置的长期运行。、吸附速度、脱附速度、吸附选择性等吸附特性,其它如形状、粒径、密度、空隙率、热容以及压缩强度、耐磨性等形状和机械特性也在考虑的范围内。:..会影响到物质扩散,以及对吸附剂物理形态的影响;过低则实际吸附剂利用率低,影响氮气回收率。,~、。近二十年来,已推广PSA技术装置近三百余套,为工矿企业节能降耗取得经济效益提供了优良的设备和技术。化工、石油化工、精细化工生产中,氮气作为惰性保护气氛可用于反应、置换、吹扫、压力输送等工艺场合。如上海吴凇化肥厂用于双氧水工艺生产;中外合资上海浦东联胜化工有限公司用于PEO生产,江苏汉光集团用于化工助剂生产的惰性干燥系统等。在一些新兴的材料行业、电子工业、集成电路、啤酒饮料等惰性气体的应用也在不断地拓展新的应用领域。如新型PSA制氮装置已用于手机锂电池生产的惰性保护,用于啤酒饮料等的氮气封装,有机硅生产中的氮气脱水干燥,休闲食品取代空气和脱氧剂进行氮气封装。氮气的应用使得这些企业的产品在工艺技术、产品质量上档次,赢得:..-100制氮装置,用于酒的发酵后期和灌装的惰性保护,提高了酒的品味、延长保质期等。PSA制氮技术作为新兴的高新气体分离技术,应用的广度和深度还将进一步不断地拓展和发展。,与一般的钢瓶氮气供应,液氮供应相比,优势明显。首先PSA法,省去了钢瓶、液氮的运输,减少了运输过程的不确定性,减少了工人搬运、下车等的体力劳动,改善了工人的劳动条件。PSA制氮装置经二十年的工业实践,已完全达到了全自动控制,连续开机等工业生产要求。其次,PSA制氮相对于采用购买氮气的方法,其技术经济性明显,以NGN-100型制氮装置为例,PSA制氮装置每小时生产氮气100M,,购买钢瓶氮气的费用为3元,以一年计算,每年节约费用为:100m3/h×24h/天×365天×(3-)元=2365200元一套NGN-100型制氮装置的设备价在50万元以内,其投资回报快,一般三~六月即可收回投资,技术经济性是明显的。,其用于空气干燥和空气分离制氮前景广阔,可应用于石油、:..备氮气的装置已申请国家发明专利,并开发出系列产品,为用户提供技术服务和支持。符号:c:气相浓度,mol·m-3Dp:扩散系数,cm·sk1:吸附等温线常数p:吸附塔压力,Paq:吸附浓度mol·m-3R:为制吸附剂粒子中心测量起的距离,cmz:床层长度变量,cm:为孔隙率A:氧气B:,(2)2-133