实验十五分子筛变压吸附提纯氮气
国内变压吸附制氮技术概述
国内变压吸附制氮技术概述1 前言采用变压吸附技术从空气中提取氮气，在中小规模用户已经广泛普及。
在2000Nm3/H能力范围内，比深冷更具吸引力，已经成为氮气市场的主流，它不但生产过程简单维护操作方便，产品纯度在一定范围内可以任意调节，而且规模从几十到上千方规模可以任意选用。
2．工艺介绍以空气为原料，变压吸附制氮技术是在常温下利用O2和N2在吸附剂上的吸附速率的差异或吸附容量不同，采用在高压下吸附，低压下解吸原理来制备的。
根据不同性能的吸附剂，制氮的机理也不相同。
目前变压吸附制氮采用碳分子筛（CMS）和沸石分子筛（MS）两种技术。
碳分子筛制氮（CMS）是利用碳分子筛对O2和N2吸附速率不同的原理来分离N2的。
碳分子筛是一种非极性速度分离型吸附剂，通常以煤为原料，以纸张或焦油为粘结剂加工而成。
它之所以能对氧氮分离主要是基于氧气和氮气在碳分子筛上的扩散速率不同（35℃时扩散速率，O2为6.2×10-5，N2为2.0×10-6），氧气在碳分子筛上的扩散速度大于氮气的扩散速度，使得碳分子筛优先吸附氧气，而氮气富集于不吸附相中，从而在吸附塔流出得到产品氮气。
碳分子筛制氮一般采用2个吸附塔，原料压缩空气经过冷干机除去气体中的水分和微量油进入床层，O2等杂质迅速吸附在床层上，N2得以分离在吸附塔出口得到，吸附结束后经过均压和真空解吸或者常压解吸，使吸附剂的杂质组分脱除再生，2个塔循环交替吸附再生。
真空解吸或者常压解吸再生的目的是为了往复利用吸附剂。
真空法较常压法能耗高，但产品气纯度高。
实际中这两种解吸方法都在应用，不过为了降低能耗，真空解吸方式逐渐减少。
碳分子筛技术能得到普氮，纯度小于99.99%时相对经济。
沸石分子筛制氮（MS）是利用沸石分子筛对O2和N2吸附容量不同的原理来分离N2的。
沸石分子筛是人工合成的硅铝酸盐晶体，加热到一定程度失去结晶水得到的，它由离子孔穴和带负电荷的硅铝骨格所结构。
变压吸附制氮实验报告
变压吸附制氮实验报告变压吸附制氮机的原理分析变压吸附制氮机的原理分析川汇气体变压吸附制氮机名词解释及工作原理分析变压吸附（PSA）制氮技术，具有能耗低、低噪音、无污染、操作简便、性能稳定等优点。
可满足各种用气需要，在冶炼、金属加工、石化工业、电子工业、食品行业、仓储运输、等众多领域得到广泛使用。
变压吸附制氮机是以空气为原料，利用分子筛吸附剂对空气中氮、氧不同的吸附性能，在常温下变压吸附(简称PSA)制取氮气。
主要结构由空气净化系统，自动控制系统，制氮系统、氮气储罐等部分构成。
碳分子筛是由碳组成的多孔物质，孔结构模型为无序堆积碳素结构。
它分离空气的能力，取决于空气中各种气体在碳分子筛微孔中的不同扩散速度或不同的吸附力。
由于氧分子通过碳分子筛微孔系统的狭窄空隙的扩散速度比氮分子快得多。
因此，当加压时它对氧优先吸附，而氮则被富集成高纯度气体。
变压吸附制氮机正是利用这一特性，采用加压吸附、减压解吸的方式实现氮氧分离。
变压吸附法通常使用两塔并联，交替进行加压吸附和解压再生，从而获得连续的氮气流。
PSA制氮机工艺流程压缩后的空气经空气贮存缓冲罐进入活性碳过滤器，除去油和水，然后经过冷干机干燥冷却卸压再经过T级和A级精密过滤后进入两个吸附塔。
PSA制氮工艺流程是采用在常温下变压吸附（即PSA）为无热源的吸附分离过程，碳分子筛对吸附组合（主要是氧分子）的吸附容量因其分压升高而增加，因其分压的下降而减少。
这样，碳分子筛在加压时吸附，减压时解吸，放出被吸附的部分，使碳分子再生，形成循环操作。
变压吸附过程，循环操作包括：吸附、均压、降压、释放、冲洗，然后再充压、吸附几个工作阶段，形成循环操作过程。
PSA制氮装置根据流程的再生压力不同，可分为真空再生和常压再生流程。
在两种流程中，原料空气经无油空压机压缩调压后，进入除油系统和冷却器，再经干燥进入碳分子筛吸附塔，吸附塔的上部排出产品氮气，被吸附的氧气直接排放到大气中，实现碳分子筛的再生。
变压吸附空分制氮原理
◆变压吸附空分制氮原理1）变压吸附（PSA）变压吸附(Pressure Swing Adsorption.简称PSA) 是一种先进新型的气体分离技术，它在当今世界的现场供气方面具有不可替代的地位。
2）变压吸附原理任何一种吸附对于同一被吸附气体（吸附质）来说，在吸附平衡情况下，温度越低，压力越高，吸附量越大。
反之，温度越高，压力越低，则吸附量越小。
如果温度不变，在加压的情况下吸附，用减压（抽真空）或常压解吸的方法，称为变压吸附。
可见，变压吸附是通过改变压力来吸附和解吸的。
如上图所示，碳分子筛对氧和氮吸附量有很大的差异。
碳分子筛是一种内部有很多微孔的物质，用碳分子筛制氮主要是基于氧和氮在碳分子筛中的扩散速率不同，变压吸附的原理就是在一定的压力下，利用空气中氧、氮在碳分子筛微孔中的吸附量的差异，达到氧氮分离的目的。
在压力升高时，碳分子筛吸氧产氮，压力降至常压时，碳分子筛脱附氧气再生。
变压吸附制氮设备通常有两只吸附塔，一只吸氧产氮，另一只脱氧再生，如此交替循环不断产出氮气。
3）制氮设备应用领域金属热处理：光亮淬火与退火、渗碳、可控气氛、粉末金属烧结。
医药工业：药品充氮包装、运输和保护，药料气动传输。
化学工业：覆盖、惰性气体保护、压力传输、油漆、食用油搅拌。
煤炭工业：煤矿防灭火，煤矿开采过程中的瓦斯气置换。
石油工业：氮气钻井、油井维修、精炼、天然气回收。
橡胶工业：交联电缆生产和橡胶制品生产防老化保护。
化肥工业：氮肥原料，触媒保护，洗涤气。
玻璃工业：浮法玻璃生产中的气体保护。
电子工业：大规模集成电路、彩电显像管、电视机和收录机元件及半导体处理。
文物保护：出土文物、书画、青铜器、丝织品等的防腐处理及惰性气保护。
食品工业：食品包装、啤酒保鲜、非化学消毒、水果和蔬菜保鲜。
分子筛制氮机原理及条件
分子筛制氮机原理及条件一、分子筛制氮机的原理磐安恒远制氮机有限公司生产的分子筛制氮机是利用分子筛变压吸附原理（PSA）从空气中分离制取氮气。
分子筛对空气中的氧和氮的分离作用主要是基于这两种气体在碳分子筛表面上的扩散速率不同。
直径较小的气体分子（O2）扩散速率较快，较多的进入分子筛微孔。
直径较大的气体分子（N2）扩散速率较慢，进入分子筛微孔较少，这样在气相中可以得到氮的富集成分。
因此，利用分子筛对氧和氮在某一时间内吸附量的差别这一特性，由全自动控制系统按特定可编程序施以加压吸附，常压解析的循环过程，完成氮氧分离，获得所需高纯度的氮气。
二、分子筛制氮机控制的条件1、空气压缩纯化过程纯原料空气进入分子筛吸附塔，是非常必要的，因为颗粒及有机气体进入吸附塔会堵塞碳分子筛的微孔，并逐渐使碳分子筛的分离性能降低。
纯化原料空气的方法有：1、使空压机的进气口远离有、油雾、有机气体的场所；2、通过冷干机、吸附剂净化系统等，最后经处理后的原料空气进入碳分子筛吸附塔。
2、产品氮气的浓度和产气量分子筛制取氮气，其N2浓度和产气量可根据用户的需要进行任意调节，在产气时间及操作压力确定时，调低产气量，N2浓度将提高，反之，N2浓度则下降。
用户可根据实际需要调节。
3、均压时间分子筛制氮过程，当一个吸附塔吸附结束时，可将此吸附塔内的有压气体从上下两个方向注入另一个已再生好的吸附塔中，并使两塔气体压力相同，此一过程称为吸附塔的均压，选择适当的均压时间，即可回收能量，也可以减缓吸附塔内的分子筛受到冲击，从而达到延长碳分子筛的使用寿命。
参考阀门的切换速度一般选择均压时间为1-3秒。
4、产气时间根据分子筛对氧和氮的吸扩散速率不同，其吸附O2在短时间内就达到平衡，此时，N2的吸附量很少，较短的产气时间，可有效的提高碳分子筛的产气率，但同时也增加了阀门的动作频率，因此阀门的性能也很重要。
一般选择吸附时间为30-120秒。
小型高纯制氮机推荐使用短的产气时间，大型低浓度推荐使用长的产气时间。
碳分子筛变压吸附提纯氮气答案
碳分子筛变压吸附提纯氮气模块名称预习考查题目权重1．碳分子筛吸附法从空气中分离提纯氮气的原理是什么？（）A．利用N2与O2在空气中的浓度差异，优先吸附N2气B．利用N2与O2在碳分子筛中扩散速率的差异，优先吸附O2气C．利用碳分子筛中的微孔尺寸的选择性，优先吸附O2气D．利用N2与O2在碳分子筛中扩散速率的差异，优先吸附N2气2．一个连续变压吸附分离装置，至少需要几个吸附柱，包括哪些操作步骤？（）A．2个，操作步骤包括系统充压、加压吸附、减压脱附、柱间气流切换B．3个，操作步骤包括系统充压、加压吸附、减压脱附、柱间气流切换C．1个，操作步骤包括系统充压、加压吸附、减压脱附D．3个，操作步骤包括加压吸附、减压脱附、柱间气流切换3．本实验采用什么工程手段来实现吸附和解吸操作？（）A．加压吸附，常压脱附B．加压吸附，升温脱附C．加压吸附，真空脱附D．低温吸附，高温脱附4．当吸附剂用量一定时，影响本实验变压吸附效果的主要因素有哪些？（）A．吸附压力、温度、气体流量、解吸压力B．吸附压力、气体流量、脱附压力、吸附时间E．吸附压力、气体流量、吸附时间D．温度、气体流量、脱附压力、吸附时间5．何谓穿透曲线？（）A．吸附柱出口流体中被吸附物质的浓20度随时间的变化曲线B．吸附柱出口流体中被吸附物质的浓度随气体流量的变化曲线C．吸附柱出口流体中被吸附物质的浓度随吸附压力的变化曲线D．吸附柱出口流体中被吸附物质的浓度随进口浓度的变化曲线你的回答本模块得分[满分100]B|B|C|B|A 100 模块名称仪器选择题目权重选错一次扣5分10你的回答本模块得分[满分100]正确答案：吸附柱（2个）、微机、放空阀、流量计、CYES氧气分析仪、脱水柱、取样阀、空气压缩机及减压阀、脱油柱、缓冲罐、流量调节阀、水循环真空泵做错次数：0100模块名称操作步骤题目权重选错一次扣5分10你的回答本模块得分[满分100]正确答案：B、检查压缩机、真空泵、吸附装置和计算机之间的连接是否到位，接通压缩机电源，接通吸附装置上的电源和真空泵电源，开启计算机并打开“在线控制软件”，点击“泵开关”，开启真空泵。
实验十五碳分子筛变压吸附提纯氮气
实验十五碳分子筛变压吸附提纯氮气利用多孔固体物质的选择性吸附分离和净化气体或液体混合物的过程称为吸附分离。
吸附过程得以实现的基础是固体表面过剩能的存在，这种过剩能可通过范德华力的作用吸引物质附着于固体表面，也可通过化学键合力的作用吸引物质附着于固体表面，前者称为物理吸附，后者称为化学吸附。
一个完整的吸附分离过程通常是由吸附与解吸（脱附）循环操作构成，由于实现吸附和解吸操作的工程手段不同，过程分变压吸附和变温吸附，变压吸附是通过调节操作压力（加压吸附、减压解吸）完成吸附与解吸的操作循环，变温吸附则是通过调节温度（降温吸附，升温解吸）完成循环操作。
变压吸附主要用于物理吸附过程，变温吸附主要用于化学吸附过程。
本实验以空气为原料，以碳分子筛为吸附剂，通过变压吸附的方法分离空气中的氮气和氧气，达到提纯氮气的目的。
A 实验目的（1）了解和掌握连续变压吸附过程的基本原理和流程；（2）了解和掌握影响变压吸附效果的主要因素；（3）了解和掌握碳分子筛变压吸附提纯氮气的基本原理；（4）了解和掌握吸附床穿透曲线的测定方法和目的。
B 实验原理物质在吸附剂（固体）表面的吸附必须经过两个过程：一是通过分子扩散到达固体表面，二是通过范德华力或化学键合力的作用吸附于固体表面。
因此，要利用吸附实现混合物的分离，被分离组分必须在分子扩散速率或表面吸附能力上存在明显差异。
碳分子筛吸附分离空气中N2和O2就是基于两者在扩散速率上的差异。
N2和O2都是非极性分子，分子直径十分接近（O2为0.28nm，N2为0.3nm），由于两者的物性相近，与碳分子筛表面的结合力差异不大，因此，从热力学（吸收平衡）角度看，碳分子筛对N2和O2的吸附并无选择性，难于使两者分离。
然而，从动力学角度看，由于碳分子筛是一种速率分离型吸附剂，N2和O2在碳分子筛微孔内的扩散速度存在明显差异，如：35℃时，O2的扩散速度为2.0×106，O2的速度比N2快30倍，因此当空气与碳分子筛接触时，O2将优先吸附于碳分子筛而从空气中分离出来，使得空气中的N2得以提纯。
炭分子筛变压吸附提纯氮气实验
穿透时间t0 （min）
A
B
C
c) 根据上表计算不同条件下的动态吸附容量：
G
=
VN
×
32 22.4
× t0
×
(x0
−
xB )
W
VN
= T0 × P ×V T × P0
不同条件下的动态吸附容量计算结果
吸附压力
吸附温度
实际气体流量
穿透时间
动态吸附容量
（Mpa）
（℃）
（L/h）
（min）
氧气 g/吸附剂 g
G．结果及讨论
（1）在本装置中，一个完整的吸附循环包括哪些操作步骤？ （2）气体的流速对吸附剂的穿透时间和动态吸附容量有何影响？为什么？ （3）吸附压力对吸附剂的穿透时间和动态吸附容量有何影响？为什么？ （4）根据实验结果，你认为本实验装置的吸附时间应该控制在多少合适？ （5）该吸附装置在提纯氮气的同时，还具有富集氧气的作用，如果实验目的是为了获得富氧， 实验装置及操作方案应作哪些改动？
一般略高于目标值。本实验要求N2的浓度≥95%，即出口O2应≤5%，因此，将穿透点定为O2出口浓 度为 4.5%～5.0%。
为确保产品质量，在实际生产中吸附柱有效工作区应控制在穿透点之前，因此，穿透点（a点）
的确定是吸附过程研究的重要内容。利用穿透点对应的时间（t0）可以确定吸附装置的最佳吸附操作 时间和吸附剂的动态吸附量，而动态吸附容量是吸附装置设计放大的重要依据。
开始测定穿透曲线。 7) 穿透曲线测定方法：系统运行大约 30min 后，观察计算机操作屏幕，当操作状态进入 K1
的瞬间开始，迅速按下面板上的计时按钮，然后，每隔 1 分钟，用针筒在取样口处取样分 析一次（若 K1=600s，取 10 个样），读取并记录样品氧含量（体积百分数 V%），同时记录 吸附时间、压力、温度和气体流量。 取样注意事项： 每次取样 8-10ml，将针筒对准取样口，使气体自然充入针筒中。 取样后将针筒拔下，迅速用橡皮套封住针筒的开口处，以免空气渗入影响分析结果。 8) 改变气体流量，将流量提高到 6.0L/H，然后重复（6）和（7）步操作。 9) 流量保持不变，调节压缩机出口气体减压阀，将气体压力升至 0.6 MPa（表压），重复第（5） 到第（7）步操作。 10) 停车步骤：
碳分子筛变压吸附提纯氮气实验报告评分标准
实验报告评分标准实验名称碳分子筛变压吸附提纯氮气班级姓名学号成绩实验周次同组成员一．实验预习1、实验概述（阐明实验目的、原理、流程装置；写清步骤、所要采集的数据；列出化学品、器材清单；分析实验过程危险性）（10 分）实验目的：1 分原理阐述：2 分穿透曲线：2 分流程装置：2 分实验步骤：2 分分析实验过程危险性：1 分2、预习思考（5 分）共 5 题，错一题扣 1 分完整度和认真度：0.5 分3、方案设计（5 分）实验方案设计题目如何从系统中回收提纯的氧气？用预先抽好负压的储罐代替真空泵进行解吸。
有文字叙述：3 分有流程示意图：2 分二．实验过程1、原始记录（要求：记录操作条件、原始数据，注意有效数字、单位格式）（10 分）操作条件：2 分原始数据：8 分表格是否规范：-1 分2、实验现象（5 分）开车阶段：1 分平衡阶段：1 分吸附过程：1 分解吸过程：1 分停车阶段：1 分实验现象描述是否观察认真：-0.5 分三．实验数据处理（10 分）1、数据处理方法（计算举例、计算结果列表）（6 分）标准体积转换计算举例：2 分动态吸附容量计算举例：2 分2、数据处理结果（4 分）标准体积转换计算结果列表：2 分动态吸附容量计算结果列表：2 分穿透曲线绘制：2 分计算结果有误：-2 分四．结果讨论（实验现象分析、误差分析、实验结论）（20 分）实验现象分析：10 分误差分析：5 分实验结论：5 分实验报告评分表：指导教师审阅意见：优秀100—90 良好89—76 合格75—60 不合格59—0教师签名：日期：。
分子筛吸附氮气的原理
分子筛吸附氮气的原理嗨，朋友！今天咱们来聊聊分子筛吸附氮气这个超有趣的事儿。
你知道吗？分子筛就像是一个超级挑剔的小管家，专门对氮气有一套独特的“管理办法”呢。
分子筛啊，它其实是一种具有均匀微孔结构的物质，这些微孔就像是一个个小小的房间。
分子筛的微孔大小是非常有讲究的，它和氮气分子的大小特别匹配。
氮气分子就像一个个小客人，当氮气分子靠近分子筛的时候，就像是小客人走到了为它量身定制的小房间门口。
这时候啊，就会发生一些奇妙的物理现象。
想象一下，分子筛的微孔周围就像是有一双双小手，这些小手就是分子筛内部的原子或者离子所产生的力。
当氮气分子靠近的时候，这些小手就开始发挥作用啦。
它们会抓住氮气分子，就像小朋友抓住心爱的玩具一样紧紧不放。
这种力呢，叫做范德华力。
范德华力虽然比较小，但是在分子筛吸附氮气的时候可是起到了关键的作用哦。
你看啊，氮气分子在空气中到处乱跑，当它跑到分子筛附近的时候，就被分子筛的微孔吸引进去了。
一旦进去了，就很难再跑出来啦，就像小客人进了一个特别舒服的小房间，都不想离开呢。
这就是分子筛吸附氮气的基本原理。
而且哦，分子筛对于氮气的吸附还和周围的环境有关呢。
比如说温度和压力。
如果温度比较低，分子筛的小手就会更有力气，能抓住更多的氮气分子。
就好像天气冷的时候，我们都想把被子裹得更紧一样。
而压力呢，如果压力比较大，就像是有更多的小客人被挤到了分子筛的小房间周围，这样被吸附的氮气分子也就更多啦。
再说说分子筛的结构吧，它的微孔结构是非常规则的。
这就好比是一个精心设计的公寓，每个房间的大小、形状都是一样的。
这样的结构使得它对氮气分子的吸附特别有效率。
不像那些杂乱无章的结构，可能会让氮气分子找不到合适的“房间”。
从另一个角度看呢，分子筛吸附氮气就像是一场精心编排的舞蹈。
氮气分子是舞者，分子筛是舞台。
舞者按照舞台的规则，也就是分子筛的吸附原理，一步一步地走进自己的位置，然后就停留在那里。
这个过程是那么的自然又和谐。
变压吸附空分制氮原理
变压吸附空分制氮原理第一篇：变压吸附空分制氮原理◆变压吸附空分制氮原理1）变压吸附（PSA）变压吸附(Pressure Swing Adsorption.简称PSA)是一种先进新型的气体分离技术，它在当今世界的现场供气方面具有不可替代的地位。
2）变压吸附原理任何一种吸附对于同一被吸附气体（吸附质）来说，在吸附平衡情况下，温度越低，压力越高，吸附量越大。
反之，温度越高，压力越低，则吸附量越小。
如果温度不变，在加压的情况下吸附，用减压（抽真空）或常压解吸的方法，称为变压吸附。
可见，变压吸附是通过改变压力来吸附和解吸的。
如上图所示，碳分子筛对氧和氮吸附量有很大的差异。
碳分子筛是一种内部有很多微孔的物质，用碳分子筛制氮主要是基于氧和氮在碳分子筛中的扩散速率不同，变压吸附的原理就是在一定的压力下，利用空气中氧、氮在碳分子筛微孔中的吸附量的差异，达到氧氮分离的目的。
在压力升高时，碳分子筛吸氧产氮，压力降至常压时，碳分子筛脱附氧气再生。
变压吸附制氮设备通常有两只吸附塔，一只吸氧产氮，另一只脱氧再生，如此交替循环不断产出氮气。
3）制氮设备应用领域金属热处理：光亮淬火与退火、渗碳、可控气氛、粉末金属烧结。
医药工业：药品充氮包装、运输和保护，药料气动传输。
化学工业：覆盖、惰性气体保护、压力传输、油漆、食用油搅拌。
煤炭工业：煤矿防灭火，煤矿开采过程中的瓦斯气置换。
石油工业：氮气钻井、油井维修、精炼、天然气回收。
橡胶工业：交联电缆生产和橡胶制品生产防老化保护。
化肥工业：氮肥原料，触媒保护，洗涤气。
玻璃工业：浮法玻璃生产中的气体保护。
电子工业：大规模集成电路、彩电显像管、电视机和收录机元件及半导体处理。
文物保护：出土文物、书画、青铜器、丝织品等的防腐处理及惰性气保护。
食品工业：食品包装、啤酒保鲜、非化学消毒、水果和蔬菜保鲜。
第二篇：变压吸附制氮装置【产品简介】变压吸附简称PSA气体分离技术，在气体分离领域已有数十年的应用历史，在中国乃至全球各地各领域得到了广泛的应用。
变压吸附实验报告
变压吸附实验报告篇一：分子筛变压吸附研究报告院级本科生科技创新项目研究报告项目名称变压制富氧分子筛延长寿命的研究立项时间XX年10月计划完成时间 XX年12月项目负责人储万熠学院与班级冶金与生态工程学院冶金1302班北京科技大学教务摘要变压吸附制氧关键的因素是制氧吸附剂和制氧工艺。
制氧吸附剂的性能优劣和使用寿命直接影响产品气的氧浓度和收率，氮吸附容量是评价制氧吸附剂性能优劣的一项重要指标。
本课题首先对分子筛进行XRF分析、XRD表征和TEM 表征探究分子筛的物理及化学性质，确定对分子筛造成影响的条件。
ANSYS FLUENT中的多孔介质模型可以模拟多孔介质内的流体流动、“三传一反”。
PSA空分吸附床由固体吸附剂颗粒填充而成，气-固两相区可作为多孔介质，因此可基于多孔介质模型对变压吸附空分吸附床进行模拟，从而得到床层内气体的流动状态和组分浓度分布情况。
为研究提高分子筛寿命的研究提供可靠有效的实验数据。
Research of Prolong the Life ofPressure-Swinging-Oxygen-Making Molecular Sieve AbstractThe keyfactorof thepressure swinging oxygen making is oxygen adsorbentandoxygenprocess. The quality and service life of oxygen adsorbentdirect impact on the oxygenconcentrationandyield of productgas, nitrogen adsorptioncapacity ofthe oxygensorbentperformanceevaluation ofthe meritsofan important indicator.This paperfirstdo XRFanalysis, XRDandofmolecular TEMcharacterization sieveinquiryto ofphysicalandchemicalproperties theimpact onmolecular determinesievesconditions.The porous medium model in ANSYS FLUENT can simulate fluid flow in porous media. PSA air separation adsorbent bed is filled by a solid sorbent particles, gas - solid two phase region as a porous medium, thus can simulate the pressure swing adsorption airseparation adsorbent bed based on the porous medium model, resulting in the flow state within the bed of gas and component concentration distribution for providing valid and reliable experimental data of improving molecular sieve’s life.目录1引言 ................................................ ................................................... (1)1.1课题研究背景................................................. .. (1)1.2课题研究目的及意义 ................................................ (1)2原矿矿物学分析 ................................................ . (2)2.1分子筛XRF分析 ................................................ (2)2.2 分子筛XRD表征 ................................................ (3)2.3 分子筛TEM表征 ................................................ .. (5)2.4 分子筛孔隙率实验 ................................................ (6)2.4.1 失活实验 ................................................ . (6)2.4.2 活化实验 ................................................ . (6)2.4.3 差热曲线 ................................................ . (7)3 ANSYS FLUENT模拟 ................................................ (8)3.1 模型建立 ................................................ (8)3.2 模拟结果 ................................................ . (11).............................................. . (11)3.2.2 速度云图 ................................................ . (11)3.2.3 温度云图 ................................................ . (12)4 FLUENT模拟结论 ................................................ . (12)参考文献 ................................................ .. (12)1 引言1.1 课题研究背景变压吸附制氧关键的因素是制氧吸附剂和制氧工艺。
变压吸附制氮机操作规程..
第一章总述一、制氮机原理简介变压吸附法（简称PSA）是一种新的气体分离技术，其原理是利用分子筛对不同气体分子“吸附”性能的差异而将气体混合物分开。
变压吸附（PSA）制氮机是一种新型高科技设备,它具有设备成本低，体积小、重量轻、操作简单、维护方便、运行费用小、现场制氮快捷、开关方便、无污染等优点,。
本厂生产的PSA空分制氮设备广泛运用于石油化工、电炉炼钢、玻璃生产、造纸等行业和领域，设备运行稳定，安全可靠，深受广大用户的青睐。
三、制氮工作原理：1、变压吸附制氮机是以碳分子筛为吸附剂，利用加压吸附，降压解吸的原理从空气中吸附和释放氧气，从而分离出氮气的自动化设备。
碳分子筛是一种经过特殊的孔型处理工艺加工而成的，表面和内部布满微孔的柱形颗粒状吸附剂.其孔型分布特性使其能够实现O2、N2的动力学分离。
碳分子筛对O2、N2的分离作用是基于这两种气体的动力学直径的微小差别，O2分子在碳分子筛的微孔中有较快的扩散速率，N2分子扩散速率较慢。
压缩空气中的水和CO2的扩散同氧相差不大，而氩扩散较慢。
最终从吸附塔富集出来的是N2。
变压吸附制氮正是利用碳分子筛的选择吸附特性，采用加压吸附，减压解吸的循环周期，使压缩空气交替进入吸附塔（也可以单塔完成）来实现空气分离，从而连续产出高纯度的产品氮气。
四、制氮基本工艺流程：制氮机基本工艺流程示意图空气经空压机压缩后，经过除尘、除油、干燥后，进入空气储罐，经过空气进气阀、左吸进气阀进入左吸附塔，塔压力升高，压缩空气中的氧分子被碳分子筛吸附，未吸附的氮气穿过吸附床，经过左吸出气阀、氮气产气阀进入氮气储罐，这个过程称之为左吸，持续时间为几十秒。
左吸过程结束后，左吸附塔与右吸附塔通过中间均压阀连通，使两塔压力达到均衡，这个过程称之为均压，持续时间为2~3秒。
均压结束后，压缩空气经过空气进气阀、右吸进气阀进入右吸附塔，压缩空气中的氧分子被碳分子筛吸附，富集的氮气经过右吸出气阀、氮气产气阀进入氮气储罐，这个过程称之为右吸，持续时间为几十秒。
变压吸附制氮
变压吸附制氧变压吸附原理：当两种相态不同的物质接触的时候，其中密度较低物质的分子在密度较高的物质表面被富集的现象和过程。
具有吸附作用的物质（一般为密度相对较大的多孔固体）被称为吸附剂，被吸附的物质（一般为密度相对较小的气体或液体）称为吸附质。
变压吸附是因为压力不同而吸附剂吸附性能的差异来选择性吸附气体分离的过程。
一：双塔流程变压吸附制氮变压吸附制氮流程简介一定压力的空气经空气预处理系统除去油、尘及大部分的汽态水份后，洁净空气从进气端进入系统吸附塔，流经吸附塔内的吸附剂，吸附塔装有碳分子筛，洁净空气中大部分的氧分子被分子筛吸附，氮分子则被富集起来，从出气端流出。
当吸附塔内碳分子筛吸附饱和后，关闭进气阀和出气阀，打开排气阀，使该吸附塔分子筛解吸再生。
由两塔或多塔组成的吸附分离系统在PLC系统的控制下通过程控阀门的起闭而循环切换完成连续制氮。
一脉科技变压吸附制氧技术特点1：拥有自主专利，采用先进的专利吸附器及不等势均压工艺流程，氮气回收率及产率大幅提高优点一、长寿命PN5的工艺特征决定了：吸附塔上部的气流方向在整个PSA循环过程中总是向下的，并与CMS的重力方向具有一致性。
这一特点使：①、CMS在吸附塔内无须任何压紧就完全处于静止状态，使用寿命超长；②、抛弃了传统工艺依赖压紧机构使CMS处于静止的方式，避免了压紧机构因固有缺陷或出现故障时造成CMS粉化（或外喷）。
优点二、超节能“阶梯式软起动”均压工艺使氮气含量较高的解吸气体得以回收，实现了CMS的吸附“负荷”从低到高的渐进过程，这一特点使：①、空气利用率提高，空气消耗量降低；②、避免了氧气“穿透”，维持了理想的吸附浓度曲线，使制氮纯度更高。
2：模块化设计，便于快速安装和调试，设备规整美观3：收率，产率较高，能耗较常规的变压吸附制氮设备低8%-15%4：独特的进气方式，采用先进的气体分布和吸附塔结构5：采用大法兰结构吸附塔与德国分子筛配套的“暴风雪式”分子筛装填技术，装填密度高达700kg/m3.CMS6:全自动无人操作，不合格气自动排放7：我司已于可乐丽株式会社达成合作协议，其向我司提供分子筛为岩谷第四代产品1.5GN-H8：采用与进口分子筛配套的吸附塔技术，可实现分子筛寿命达10年9：采用一步法制取到合格氮气，一步法优点如下：工艺流程短，设备数量少，操作维护简单，故障率低，节约空间，二：多塔流程变压吸附制氮基本工艺过程装置去除空气中的氧气、二氧化碳、水份，分离并提出氮气。
氮气提纯方法
氮气提纯方法氮气是一种广泛应用于工业、医疗和科研领域的气体，但其纯度对于不同的应用场景有着不同的要求。
因此，在许多情况下需要对氮气进行提纯。
本文将介绍几种常见的氮气提纯方法。
1. 吸附法吸附法是一种常见的氮气提纯方法，其基本原理是利用吸附剂对氮气中的杂质进行吸附。
常用的吸附剂包括活性炭、分子筛和硅胶等。
这些吸附剂具有不同的吸附性能，可以根据需要进行选择。
在吸附法中，氮气首先通过预处理器，去除其中的水分和油蒸气等杂质。
然后，氮气进入吸附器，在吸附剂的作用下，杂质被吸附，而纯净的氮气则通过吸附器输出。
2. 冷却法冷却法是一种利用温度差异进行氮气提纯的方法。
在这种方法中，氮气首先通过冷凝器，被冷却至较低温度。
在低温下，水分和油蒸气等杂质会凝结成液体，从而被分离出来。
然后，冷凝后的氮气进一步通过加热器，被加热至常温，输出纯净的氮气。
3. 压力摩擦法压力摩擦法是一种利用压力差异进行氮气提纯的方法。
在这种方法中，氮气首先通过压缩机，被压缩至高压。
在高压下，水分和油蒸气等杂质会被压缩成液体，从而被分离出来。
然后，高压氮气进一步通过减压阀，被减压至常压或较低压力，输出纯净的氮气。
4. 膜分离法膜分离法是一种利用膜对气体进行分离的方法。
在这种方法中，氮气首先通过膜分离器，膜层上的微孔可以使氮气中的杂质被阻挡，而纯净的氮气则通过膜层输出。
氮气提纯方法有多种，可以根据需要进行选择。
吸附法、冷却法、压力摩擦法和膜分离法是常见的氮气提纯方法，它们各自具有优点和缺点，需要根据实际情况进行选择。
通过合理选择和使用氮气提纯方法，可以得到高纯度的氮气，满足不同领域的需求。
变压吸附分离技术在氮气生产中的应用
变压吸附分离技术在氮气生产中的应用摘要：氮气是我们赖以生存的空气的主要组成成分，其在空气中占有非常大的比例，由于其气源丰富，已经在人们的生产中被广泛应用，比如：氮气被用作保护气，同时还应用于防腐防爆业以及电子工业等等，正是由于其非常多的用途，所以更多的制氮气的方法也不断的出现和更新。
本文主要介绍变压吸附分离技术在氮气生产中的应用以及一些主要的制氮气的方法。
希望通过本文能为相关人士带来些许参考价值。
关键词：变压吸附分离技术；工业制氮；生产应用；一、氮气在工业生产中主要的制取方法目前在我国的工业生产中会有很多涉及到很多用氮的地方，所以在工业上就会使用很多制氮的方法，目前在工业上主要的用氮制取方法有，深冷法也就是低温精馏法，变压吸附法，薄膜的渗透法，化学吸收法等等。
传统的对于空气分离的方法就是低温蒸馏法，这个方法的主要原理就是利用存在于空气中的主要氧气、氮气的沸点的不同，利用这一原理，在对空气进行深冷液化的时候，由于沸点的不同，进而进行相应的分离提纯技术。
但是这项传统技术存在着相应的缺点，虽然对于氮气的分离出来的产量大，纯度也比较高，但是低温蒸馏法的整体操作工艺流程比较复杂，同时对于应用其中的设备的要求非常高，而且相关企业部门对于整体工艺流程的投资非常大，其整个流程操作的过程中所使用的场地面积也非常大。
低温精馏法是比较传统的方法，其使用时间及发展历史也较长，但是其不适用于中小气量，所以其存在着自身的局限性。
变压吸附法在工业中比较适合中小型设备进行制氮，随着变压吸附法的不断完善和改进，其具有一定的优越性。
近些年来，变压吸附技术已经发展的非常好，其本身也具有非常多的优势，相对传统的低温精馏法其整体工艺的工艺过程比较简单，而且整体制造设备也非常简单，其占地面积也相对较少。
对于生产设备的整体维护也比较简单，其自动化的程度也相对的较高，对于期间所产生的问题，可随时进行开停车的操作，这样就比较简单、方便，同时具有相对小巧，投资少、而且整体维修比较容易，还能够比较容易实现自动及远程控制。
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实验十五碳分子筛变压吸附提纯氮气利用多孔固体物质的选择性吸附分离和净化气体或液体混合物的过程称为吸附分离。
吸附过程得以实现的基础是固体表面过剩能的存在，这种过剩能可通过范德华力的作用吸引物质附着于固体表面，也可通过化学键合力的作用吸引物质附着于固体表面，前者称为物理吸附，后者称为化学吸附。
一个完整的吸附分离过程通常是由吸附与解吸（脱附）循环操作构成，由于实现吸附和解吸操作的工程手段不同，过程分变压吸附和变温吸附，变压吸附是通过调节操作压力（加压吸附、减压解吸）完成吸附与解吸的操作循环，变温吸附则是通过调节温度（降温吸附，升温解吸）完成循环操作。
变压吸附主要用于物理吸附过程，变温吸附主要用于化学吸附过程。
本实验以空气为原料，以碳分子筛为吸附剂，通过变压吸附的方法分离空气中的氮气和氧气，达到提纯氮气的目的。
A 实验目的
（1）了解和掌握连续变压吸附过程的基本原理和流程；
（2）了解和掌握影响变压吸附效果的主要因素；
（3）了解和掌握碳分子筛变压吸附提纯氮气的基本原理；
（4）了解和掌握吸附床穿透曲线的测定方法和目的。
B 实验原理
物质在吸附剂（固体）表面的吸附必须经过两个过程：一是通过分子扩散到达固体表面，二是通过范德华力或化学键合力的作用吸附于固体表面。
因此，要利用吸附实现混合物的分离，被分离组分必须在分子扩散速率或表面吸附能力上存在明显差异。
碳分子筛吸附分离空气中N2和O2就是基于两者在扩散速率上的差异。
N2和O2都是非极性分子，分子直径十分接近（O2为，N2为），由于两者的物性相近，与碳分子筛表面的
结合力差异不大，因此，从热力学（吸收平衡）角度看，碳分子筛对N2和O2的吸附并无选择性，难于使两者分离。
然而，从动力学角度看，由于碳分子筛是一种速率分离型吸附剂，N2和O2在碳分子筛微孔内的扩散速度存在明显差异，如：35℃时，O2的扩散速度为×106，O2的速度比N2快30倍，因此当空气与碳分子筛接触时，O2将优先吸附于碳分
流
出
液
浓
度
C
C0
C E
子筛而从空气中分离出来，使得空气中的N 2得以提纯。
由于该吸附分离过程是一个速率控制的过程，因此，吸附时间的控制（即吸附－解吸循环速率的控制）非常重要。
当吸附剂用量、吸附压力、气体流速一定时，适宜吸附时间可通过测定吸附柱的穿透曲线来确定。
所谓穿透曲线就是出口流体中被吸附物质（即吸附质，本实验中为氧气）的浓度随时间的变化曲线。
典型的穿透曲线如下图所示，由图可见吸附质的出口浓度变化呈S 形曲线，在曲线的下拐点（a 点）之前，吸附质的浓度基本不变（控制在要求的浓度之下），此时，出口产品是合格的。
越过下拐点之后，吸附质的浓度随时间增加，到达上拐点（b 点）后趋于进口浓度，此时，床层已趋于饱和，通常将下拐点（a 点）称为穿透点，上拐点（b 点）称为饱和点。
通常将吸附质出口浓度达到进口浓度的95%的点确定为饱和点，而穿透点的浓度应根据产品质量要求来定，一般略高于目标值。
本实验要求N 2的浓度≥95%，即出口O 2应≤5%，因此，将穿透点定为O 2出口浓度为%～%。
为确保产品质量，在实际生产中吸附柱有效工作区应控制在穿透点之前，因此，穿透点（a 点）的确定是吸附过程研究的重要内容。
利用穿透点对应的时间（t 0）可以确定吸附装置的最佳吸附操作时间和吸附剂的动态吸附量，而动态吸附容量是吸附装置设计放大的重要依据。
动态吸附容量的定义为：从吸附开始直至穿透点（a 点）的时段内，单位重量的吸附剂对吸附质的吸附量（即：吸附质的质量/吸附剂质量或体积）
00(-)
B V t
C C G W
⨯⨯=
动态吸附容量
C 预习与思考
（1）碳分子筛变压吸附提纯氮气的原理什么? （2）本实验为什么采用变压吸附而非变温吸附? (3) 如何通过实验来确定本实验装置的最佳吸附时间?
(4) 吸附剂的动态吸附容量是如何确定的?必须通过实验测定哪些参数? (5) 本实验为什么不考虑吸附过程的热效应?哪些吸附过程必须考虑热效应?
D 实验装置及流程
本实验装置及流程见计算机控制界面。
装置由两根可切换操作吸附柱(A 、B)构成，吸附柱尺寸为mm mm 45036⨯φ，吸附剂为碳分子筛，各柱碳分子筛的装填量以实验中的实际装填量为准。
来自空压机的原料空气经脱油器脱油和硅胶脱水后进入吸附柱，气流的切换通过电磁阀由计算机自动控制。
在计算机控制面板上，有两个可自由设定的时间窗口 K1，K2，所代表的含义分别为：
K1—表示吸附和解吸的时间（注：吸附和解吸在两个吸附柱交替进行）。
K2—表示吸附柱充压和串连吸附操作时间。
解吸过程分为两步,首先是常压解吸，随后进行真空解吸。
气体分析：出口气体中的氧气含量通过CYES-II 型氧气分析仪测定。
E 实验步骤
1)实验准备：检查压缩机、真空泵、吸附设备和计算机控制系统之间的连接是否到
位，氧分析仪是否校正，15支取样针筒是否备齐。
2)接通压缩机电源，开启吸附装置上的电源。
3)开启真空泵上的电源开关，然后在计算机面板上启动真空泵。
4)调节压缩机出口稳压阀，使输出压力稳定在（表压）。
5)调节气体流量阀，将流量控制在3.0L/H左右。
6)将计算机面板上的时间窗口分别设定为K1＝600s，K2＝5s，启动设定框下方的开
始按钮，开始测定穿透曲线。
7)穿透曲线测定方法：系统运行大约30min后，观察计算机操作屏幕，当操作状态
进入K1的瞬间开始，迅速按下面板上的计时按钮，然后，每隔1分钟，用针筒在
取样口处取样分析一次（若K1=600s，取10个样），读取并记录样品氧含量（体
积百分数V%），同时记录吸附时间、压力、温度和气体流量。
取样注意事项：
⏹每次取样8-10ml，将针筒对准取样口，使气体自然充入针筒中。
⏹取样后将针筒拔下，迅速用橡皮套封住针筒的开口处，以免空气渗入影响分析结
果。
8)改变气体流量，将流量提高到6.0L/H，然后重复（6）和（7）步操作。
9)流量保持不变，调节压缩机出口气体减压阀，将气体压力升至MPa（表压），重复
第（5）到第（7）步操作。
10)停车步骤：
⏹先按下K1，K2设定框下方的停止操作按钮，将时间参数重新设定为K1＝120s，
K2＝5s，然后启动设定框下方的开始按钮，让系统运行10-15min。
⏹系统运行10-15min后，按下计算机面板上停止操作按钮，停止吸附操作。
⏹在计算机控制面板上关闭真空泵，然后关闭真空泵上的电源，最后关闭压缩机电
源。
F．实验数据处理
（1）实验数据记录
编号A吸附温度T（℃）:_____ 压力P（Mpa）:_____ 气体流量V（L/h）:____
编号B 吸附温度T （℃）:_____ 压力P （Mpa ）:_____ 气体流量V （L/h ）:____
编号C 吸附温度T （℃）:_____ 压力P （Mpa ）:_____ 气体流量V （L/h ）
:____ （2）实验数据处理
a) 根据实验数据，在同一张图上标绘两种气体流量下的吸附穿透曲线。
b)若将出口氧气浓度为%的点确定为穿透点，请根据穿透曲线确定不同操作条件下穿透点出现的时间t 0,记录于下表。
c) 根据上表计算不同条件下的动态吸附容量：
W
x x t V G B N )(4.2232
00-⨯⨯⨯
=
V P T P
T V N ⨯⨯⨯=
不同条件下的动态吸附容量计算结果
G．结果及讨论
（1）在本装置中，一个完整的吸附循环包括哪些操作步骤？
（2）气体的流速对吸附剂的穿透时间和动态吸附容量有何影响？为什么？
（3）吸附压力对吸附剂的穿透时间和动态吸附容量有何影响？为什么？
（4）根据实验结果，你认为本实验装置的吸附时间应该控制在多少合适？
（5）该吸附装置在提纯氮气的同时，还具有富集氧气的作用，如果实验目的是为了获得富氧，实验装置及操作方案应作哪些改动？
H．符号说明
A－吸附柱的截面积，cm2；
C0－吸附质的进口浓度，g/L；
C B－穿透点处，吸附质的出口浓度，g/L；
G－动态吸附容量（氧气质量/吸附剂体积），g/g；
P－实际操作压力，Mpa；
P0－标准状态下的压力，Mpa；
T－实际操作温度，K；
T0－标准状态下的温度，K；
V－实际气体流量，L/min；
V N－标准状态下的气体流量，L/min；
t0－达到穿透点的时间，s；
x0－空气中氧气的体积百分数，V%；
x B－穿透点处氧气的体积百分数，V%；
W－碳分子筛吸附剂的质量，g。