变压吸附学习
变压吸附知识问答
变压吸附知识问答
1. 什么是变压吸附?
变压吸附是利用气体分子在固体表面上吸附和脱附的特性进行分离和纯化的过程。
通过控制压力、温度和吸附剂的选择,可以实现对不同气体的选择性吸附和脱附,实现气体的分离和纯化。
2. 变压吸附的原理是什么?
变压吸附的原理是基于分子在固体表面上的物理吸附和化学吸附行为。
物理吸附是由于吸附分子与固体表面之间的范德华力引起的,可以通过控制温度和压力来调节吸附量。
化学吸附则涉及更强的化学键形成,并且通常需要更高的温度来实现。
3. 变压吸附常用的吸附剂有哪些?
常用的变压吸附剂包括活性炭、分子筛、硅胶和金属有机骨架材料(MOFs)等。
不同的吸附剂具有不同的亲吸性能和吸附
选择性,可以根据需要选择适当的吸附剂进行分离和纯化操作。
4. 变压吸附在工业上有哪些应用?
变压吸附在工业上具有广泛的应用,主要用于气体的分离和纯化。
例如,通过变压吸附可以实现气体混合物中的二氧化碳和甲烷的分离,用于天然气提纯。
此外,变压吸附还可用于空气分离、空气干燥、溶剂回收等方面。
5. 变压吸附的优势是什么?
变压吸附具有操作简单、能耗低、选择性强、可以实现连续分离等优点。
与传统的蒸馏方法相比,变压吸附不需要高温和高
压操作,并且可以针对特定的气体进行选择性吸附,具有较高的效率和灵活性。
6. 变压吸附的局限性是什么?
变压吸附在应用过程中也存在一些局限性。
例如,吸附剂的选择和性能对于实现高效分离非常关键,但是目前还存在一些吸附剂的开发和性能优化问题。
此外,变压吸附的吸附/脱附过程需要一定的时间,在大规模应用时可能需要较长的周期,影响生产效率。
变压吸附式制氮机培训材料
变压吸附式制氮机培训材料一、工作原理1.空气压缩:空气压缩机将环境空气压缩到一定压力,并送入空气分离系统。
2.空气分离:空气分离系统由变压吸附器、分子筛吸附剂和氮气储存罐组成。
变压吸附器中装有分子筛吸附剂,它可以选择性地吸附氧气和杂质,从而获得高纯度的氮气。
3.吸附与脱附:在变压吸附器工作过程中,根据设定的时间进行吸附和脱附。
当变压吸附器吸附氧气和杂质时,纯净的氮气进入氮气储存罐。
随后,变压吸附器通过改变压力来脱附吸附剂中的氧气和杂质,从而获得再次重新使用的吸附剂。
4.氮气储存:纯净的氮气通过氮气储存系统储存,并供应给需要使用氮气的设备。
二、操作流程1.启动空气压缩机,并调整压力到制氮机所需的工作压力。
2.打开制氮机上的氮气储存缸阀门,使其与氮气储存罐相连。
3.打开氮气储存罐并调节其压力,使其与制氮机所需的制氮压力相匹配。
4.打开制氮机上的空气进气阀门,开始压缩空气。
5.通过调节制氮机上的控制阀门来控制制氮机的工作压力和操作模式。
6.检查氮气输出管路和设备的连接情况,确保氮气正常供应。
7.定期检查制氮机的运行状态和压力,及时处理故障,确保设备的正常运行。
三、常见问题及处理方法1.制氮机压力不稳定:检查空气压缩机的状态,如排气温度、油位等是否正常,保持设备清洁,并及时更换油品。
2.氮气产量不稳定:检查氮气压力和氮气储存罐的状态,确保其处于正常工作范围。
如果问题仍然存在,可能是吸附剂需要更换或调整。
3.氮气储存罐压力过高:检查制氮机的工作压力,确保与氮气储存罐的设定压力相匹配。
如果问题仍然存在,可能是储存罐内部的压力调节装置需要维修或更换。
总结:通过对变压吸附式制氮机的工作原理、操作流程以及常见问题的处理方法的培训,可以更好地使用和维护制氮机,确保其正常运行,提高工作效率,节省能源成本。
09变压吸附基础知识
保密芳烃基础知识PSA装置目录第一章概述 (3)第二章变压吸附工艺原理 (4)第一节基本原理及常识 (4)第二节变压吸附的工艺条件与吸附能力的关系 (7)2.1原料气组成 (7)2.2原料气温度 (7)2.3吸附压力 (7)2.4解吸压力 (7)2.5产品纯度 (7)2.6氢气回收率 (7)第三节吸附剂 (7)3.1活性氧化铝 (7)3.2活性炭 (8)3.3分子筛 (8)第四节变压吸附氢提纯工艺过程 (8)4.1吸附分离的主要工序 (8)4.2十床变压吸附氢提纯简述 (9)4.3变压吸附氢提纯技术在石化行业中的应用 (10)第三章开工和停工操作 (30)第一节开工准备 (30)1.1管路系统的准备工作 (30)1.2机泵单体试车 (32)1.3吸附剂装填 (32)1.4系统置换 (32)第二节首次开车 (32)第三节正常开车步骤 (33)第四节开车阶段的调整 (33)第五节装置的运行 (33)5.1产品纯度的调整 (33)5.2装置处理量的调节 (34)5.3吸附塔的切除 (34)5.4操作注意事项 (38)第六节装置的停车 (38)6.1正常计划停车 (38)6.2紧急停车 (39)6.3临时停车 (39)第七节维修与故障处理 (39)7.1故障查找指南 (39)第一章概述吸附分离是一门老的学科。
早在数千年前,人们就开始利用木炭、酸性白土、硅藻土等物质所具有的强吸附能力进行防潮、脱臭和脱色。
但由于这些吸附剂的吸附能力较低、选择性较差,因而难于大规模用于现代工业。
变压吸附(Pressure Swing Adsorption)气体分离与提纯技术成为大型化工工业的一种生产工艺和独立的单元操作过程,是在本世纪六十年代迅速发展起来的。
这一方面是由于随着世界能源的短缺,各国和各行业越来越重视低品位资源的开发与利用,以及各国对环境污染的治理要求也越来越高,使得吸附分离技术在钢铁工业、气体工业、电子工业、石油和化工工业中日益受到重视;另一方面,六十年代以来,吸附剂也有了重大发展,如性能优良的分子筛吸附剂的研制成功,活性炭吸附剂、活性氧化铝和硅胶性能的不断改进,以及ZSM特种吸附剂和活性炭纤维的发明,都为连续操作的大型吸附分离工艺奠定了技术基础。
变压吸附实验报告
一、实验目的1. 理解变压吸附的原理,掌握其基本操作步骤。
2. 掌握使用碳分子筛作为吸附剂,通过变压吸附方法分离空气中氮气和氧气的操作技能。
3. 分析实验数据,了解压力、温度等参数对吸附效果的影响。
二、实验原理变压吸附(PSA)是一种利用吸附剂对不同气体吸附能力差异,通过改变压力和温度来实现气体分离的方法。
实验中,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。
三、实验材料与仪器1. 实验材料:- 空气- 碳分子筛- 真空泵- 空压机- 气体转子流量计- 氧分析仪- 吸附塔(管径38mm,管长750mm,304不锈钢材质)- 真空泵(旋片式真空泵,抽速2L/s,转速2800r/min,功率370w)- 气体转子流量计(16-160ml/h和25-250ml/h)- 吸附剂(PSA-5A型富氧分子筛,颗粒规格0.4-0.8mm)- 氧分析仪(防爆式氧气浓度传感器,量程0~100%,最小检测量0.01%,输出信号4-20mA,DC24V供电)- 工作压力计(-0.1-0.6MPa,温度计0-100)- 中央处理器(执行速度0.64s,内存容量16K,内建Ethernet支持Modbus TCP及Ethernet/IP通讯协议)- 模拟量模块(高达16位分辨率,总和精度0.5%,内建)2. 实验仪器:- 吸附塔- 真空泵- 空压机- 气体转子流量计- 氧分析仪- 工作压力计- 中央处理器四、实验步骤1. 将吸附塔清洗干净,并填充适量的碳分子筛。
2. 启动空压机,调节气体流量计,使空气以一定流速通过吸附塔。
3. 启动真空泵,将吸附塔内气体抽至一定压力。
4. 记录吸附塔内压力和气体流量数据。
5. 将吸附塔内气体升温至一定温度,使吸附剂解吸,记录解吸过程中的压力和气体流量数据。
6. 重复步骤3-5,观察吸附剂再生效果。
7. 记录实验过程中氧气浓度变化,分析变压吸附对氧气浓度的影响。
变压吸附制氮系统培训
变压吸附制氮系统培训一、变压吸附制氮机简介变压吸附法(简称PSA )是一种新的气体分离技术,其原理是利用碳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。
二、工艺流程图1 制氮系统工艺流程图三、工作原理1、干燥器工作原理干燥器由两个罐体组成,A 、B 罐交替工作,切换时间为30分钟;空气进入A 罐后经Al 2O 3吸附水分进入下一道工序(A 进开,A 排关),与此同时B 罐将吸附的水分通过加热器加热后排出(B 进关,B 排开),此过程持续28分钟,然后B 排气阀关闭,只有加热后的气体进入B 罐,实现“憋压”状态,2分钟后A 、B 罐压力相同,切换为B 吸附、A 解析,工作原理同上。
2、高效除油器工作原理压缩空气首先进入下壳体,经螺旋分离使空气中的液态油、水沉积在底部,经电磁排污阀排出,而气流进入过滤组件(C 级滤芯),除去较大的固态、液态微粒;气体经滤芯内部进入上壳体中的精密过滤组件(T 级滤芯),微小的油、水气溶胶粒子被过滤在滤芯内部,干净的气体从上壳体出去。
图2 除油器滤芯3、冷冻式干燥机工作原理压缩空气流入前置冷却器(高温型专用)散热后流入热交换器,与从蒸发器排出来的冷空气进行热交换,使进入空气的温度降低。
换热后的压缩空气流入蒸发器,通过蒸发器与制冷剂热交换,压缩空气中的热量被制冷剂带走,压缩空气迅速冷却,压缩空气中的水蒸汽冷凝成水滴后经气水分离器排出。
降温后再次经与入口的高温潮湿热空气进行热交换后出去。
4、变压吸附制氮机工作原理碳分子筛在0.7~0.8Mpa 状态下可以有效吸附空气中的氧气,常压状态下可以将吸附的氧气全部释放。
压缩空气通过总进气阀、A 塔进气阀进入A 塔,压缩空气中的氧分子被塔中的碳分子筛吸附,未吸附的氮气穿过吸附床,通过A 出气阀、总共出气阀进入氮气储罐,此过程过程称作吸附,持续时间大概50多秒。
变压吸附理论学习
变压吸附工作基本步骤
对于变压吸附循环过程,有三个基本工作步骤: 1.压力下吸附 吸附床在过程的最高压力下通入被分离的气体混合物,其中 强吸附组分被吸附剂选择性吸收,弱吸附组分从吸附床的另一 端流出。 2.减压解吸 根据被吸附组分的性能,选用前述的降压、抽真空、冲洗和 置换中的几种方法使吸附剂获得再生。一般减压解吸,先是降 压到大气压力,然后再用冲洗、抽真空或置换。 3.升压 吸附剂再生完成后,用弱吸附组分对吸附床进行充压 ,直 到吸附压力为止。接着又在压力下进行吸附。
变压吸附分离气体混合物所采用的常用吸附剂
分离对象 从气体混合物除去水分 天然气净化 空气净化 空气分离制取氧和氮 从氢中除去二氧化碳 从氢中除甲烷、一氧化 碳、氨 从氢中除去烃类 √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ 硅胶 √ √ √ 活性炭 分子筛 √ √ √
√
合成气净化
从甲烷中除去其它烃 类 从瓦斯气中回收甲烷 从石灰窑气中分离二氧 化碳 从炼钢转炉煤气中分离 一氧化碳
变压吸附学习 PSA
3/27/2019
1 概况:变压吸附(Pressure Swing Adsorption.简称PSA)是一种新型气体吸附分离技 术,它有如下优点: ⑴产品纯度高。⑵一般可在室温和不高的压力下 工作,床层再生时不用加热,节能经济。⑶设备简 单,操作、维护简便。⑷连续循环操作,可完全达 到自动化。 正是因为这样的优点,PSA技术发展到现 在,技术发展迅速并相当成熟。 变压吸附发展史 变压吸附空分制氧始创于20世纪60年代初,并于70年 代实现工业化生产。在此之前,传统的工业空分装置大部 分采用深冷精馏法(简称深冷法) 。
不同的气 体,要选择 合适的吸附 剂。
吸附剂的再生方法
变压吸附
变压吸附的基本原理
变压吸附的基本原理变压吸附技术是一种流程分离技术,广泛应用于气体混合物中有毒气体的纯化和分离,具有高分离效果和低能耗的特点。
其基本原理是利用不同气体在不同压力下与吸附剂之间相互作用力的差异,使不同气体在吸附剂表面的相对分布发生变化,实现气体的分离。
1.吸附剂选择:变压吸附过程依赖于吸附剂,吸附剂应具有高吸附容量和较高的选择性,能够与目标气体发生较强的静电作用力或分子间作用力。
常用的吸附剂包括活性炭、分子筛等。
2.吸附平衡:吸附剂在一定温度下与气体接触后,会达到一定的吸附平衡。
在吸附平衡状态下,气体分子以一定的速率从气相吸附到吸附剂表面,同时从吸附剂表面解吸进入气相。
吸附平衡的建立要经过一定的时间。
3.吸附等温线:吸附过程中,吸附剂与气体之间的吸附量随着气体压力、温度的变化而变化,表现为一条曲线,称为吸附等温线。
吸附等温线的形状主要受吸附剂和气体性质的影响。
4.变压过程:变压吸附过程中,当气体压力从低压逐渐增加到高压时,吸附剂表面的吸附物质分布也会发生变化。
在低压下,吸附剂上的吸附物质主要是低亲和力的气体,而在高压下则主要是高亲和力的气体。
在变压吸附过程中,一般通过两个吸附塔进行操作,分为吸附和解吸两个步骤。
在吸附阶段,原料气体在较低压力下与吸附剂接触,选择性地吸附其中的目标组分。
而在解吸阶段,通过减小吸附塔的压力,使吸附剂表面的吸附组分从表面解吸进入气相,以达到脱附的目的。
两个吸附塔轮流进行吸附和解吸操作,以实现连续的气体纯化过程。
总的来说,变压吸附的基本原理是通过调节气体压力,利用吸附剂对不同气体的选择性吸附特性,实现气体分离与纯化。
这种技术具有操作简便、能耗低、分离效果好等优势,在化工、环保等领域得到广泛应用。
变压吸附实验实验心得怎么写
变压吸附实验实验心得怎么写
变压吸附技术是近3多年来发展起来的一项新型气体分离与净
化技术。
变压吸附气体分离装置中的吸附主要为物理吸附。
通过这次实验,我了解了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。
因此,气体的吸附分离方法,通常采用变温吸附或变压吸附两种循环过程。
如果压力不变,在常温或低温的情况下吸附,用高温解吸的方法,称为变温吸附(简称TSA)。
显然,变温吸附是通过改变温度来进行吸附和解吸的。
变温吸附操作是在低温(常温)吸附等温线和高温吸附等温线之间的垂线进行,由于吸附剂的比热容较大,热导率(导热系数)较小,升温和降温都需要较长的时间,操作上比较麻烦,因此变温吸附主要用于含吸附质较少的气体净化方面。
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。
变压吸附操作由于吸附剂的热导率较小,吸附热和解吸热所引起的吸附剂床层温度变化不大,故可将其看成等温过程,它的工况近似地沿着常温吸附等温线进行,在较高压力下吸附,在较低压力下解吸。
变压吸附既然沿着吸附等温线进行,从静态吸附平衡来看,吸附等温线的斜率对它的是影响很大的。
变压吸附工作基本原理
变压吸附工作基本原理变压吸附(Pressure Swing Adsorption, PSA)是一种常用于气体分离或制备过程中的吸附技术。
其基本原理是利用吸附剂对混合气中的物质分子进行吸附和解吸,从而实现对气体组分的分离或纯化。
一、变压吸附工作原理:1.吸附剂选择:吸附剂是实现变压吸附分离的关键。
吸附剂通常是具有较高表面积和孔隙度的多孔介质,如活性炭、分子筛等。
吸附剂的表面上存在着一定的吸附位点,可以吸附物质分子。
2.吸附:将混合气体通过吸附剂床层,吸附剂床层中的吸附剂对混合气中的组分进行吸附。
吸附过程通常是物理吸附,即吸附剂表面对物质分子产生吸引力,使其附着在表面上。
3.解吸:当吸附剂饱和时,需要对吸附剂进行再生,将已吸附的物质分子从吸附剂上解吸出来。
解吸过程可以通过降低吸附剂表面的吸附位点上的压力或增加温度来实现。
4.变压吸附循环:变压吸附通常通过变压来实现吸附和解吸的循环。
首先,将混合气体通过吸附剂床层进行吸附,将目标组分吸附在吸附剂上,然后通过减压或增加温度的方式解吸目标组分,使其从吸附剂上解吸出来,此时吸附剂可以再次被用于吸附新的混合气体。
二、变压吸附工作流程:1.吸附过程:混合气体从吸附剂床层的一端进入,经过吸附剂床层时,吸附剂对其中的目标组分进行吸附,非目标组分通过吸附剂床层,最终从另一端出口排放。
2.脱附过程:当吸附剂饱和时,需要进行解吸或再生。
通常采用变压或变温的方式来实现脱附,即将吸附剂中的压力降低或温度升高,使吸附在吸附剂上的目标组分解吸出来。
3.再生过程:脱附的目标组分通过减压或增加温度输送到吸附剂床层的另一部分或其他吸附剂床层中,以供进一步吸附。
原吸附剂床层通过回收吸附剂后,可以进行再生,使其重新用于吸附。
4.循环过程:利用不同压力、温度条件交替进行吸附和解吸或再生,实现吸附剂循环使用,从而实现对混合气体的分离和纯化。
三、变压吸附技术的应用:变压吸附技术广泛应用于气体的分离和纯化,常见的应用包括:1.氧氮分离:变压吸附可以快速分离空气中的氧气和氮气,用于制备高纯度氧气。
变压吸附指导书
四、实验指导1、变压吸附实验原理吸附是一个复杂过程,存在着化学和物理吸附现象,而变压吸附则是纯物理吸附,整个过程均无化学吸附现象存在。
众所周知,当气体与多孔的固体吸附剂(如活性炭类)接触,因固体表面分子与内部分子不同,具有剩余的表面自由力场或称表面引力场,因此使气相中的可被吸附的组分分子碰撞到固体表面后即被吸附。
当吸附于固体表面分子数量逐渐增加,并将要被覆盖时,吸附剂表面的再吸附能力下降,即失去吸附能力,此时以达到吸附平衡。
变压吸附是在较高压力进行吸附,在较低压力下使吸附的组分解吸出来。
从图1吸附等温线可看出,吸附量与分压的关系,升压吸附量增加,而降压可使吸附分子解吸,但解吸不完全,故用抽空方法得到脱附解吸并使吸附剂再生。
图1、变压吸附的基本过程(常压解吸)吸附-解吸的压力变换为反复循环过程,但解吸条件不同,可以有不同结果,可通过图2(a)、(b)得到解释。
当被处理的吸附混合物中有强吸附物和弱吸附物存在时,强吸附物被吸附,而弱吸附物被强吸附物取代而排出,在吸附剂未能达到吸附平衡时,弱吸附物可不断排出,并且被提纯。
(1)常压解吸1)升压过程(A-B)经解吸再生后的吸附床处于过程的最低压力P1,床层内杂质物质吸附量为Q1(A点),在此条件下让其他塔的吸附出口气体进入该塔,使塔内压升至吸附压力P3,此时床内杂质的吸附量Q1不变(B点)。
2)吸附过程(B-C)在恒定的吸附压力下原料气不断进入吸附床,同时输出产品组分,吸附床内杂质组分的吸附量逐步增加,当达到规定的吸附量Q3时(C点),停止进入原料气,吸附终止,此时吸附床上部仍预留有一部分未吸附杂质的吸附剂。
3)顺放过程(C-D)沿着进入原料气输出产品的方向降低压力,流出的气体仍然是产品组分,这部分气体用于其他吸附床升压或冲洗。
在此过程中,随床内压力不断下降,吸附剂上的杂质被不断解吸,解吸的杂质又继续被吸附床上部未充分吸附杂质的吸附剂吸附,因此杂质并未离开吸附床,床内杂质吸附量Q3不变。
关于变压吸附的一些基本小知识
关于变压吸附的一些基本小知识什么是吸附分离?吸附是化工生产中对流体混合物进行分离的一种方式。
是利用混合物中各组分在多孔性固体吸附剂中被吸附力的不同,使其中的一种或数种组分被吸附于吸附剂表面上,从而达到分离的目的。
根据吸附剂表面和被吸附物质之间作用力的不同,可分为物理吸附和化学吸附两种类型。
什么是变压吸附?变压吸附简称PSA,是对气体混合物进行提纯的工艺过程,该工艺是以多孔性固体物质(吸附剂)内部表面对气体分子的物理吸附为基础,在两种压力状态之间工作的可逆的物理吸附过程,它是根据混合气体中杂质组分在高压下具有较大的吸附能力,在低压下又具有较小的吸附能力,而理想的组分H2则无论是高压或是低压都具有较小的吸附能力的原理。
在高压下,增加杂质分压以便将其尽量多的吸附于吸附剂上,从而达到高的产品纯度。
吸附剂的解吸或再生在低压下进行,尽量减少吸附剂上杂质的残余量,以便于在下个循环再次吸附杂质。
采用PSA提纯氢气的工艺有何特点?⑴ 产品氢纯度高,可达99.9%以上。
⑵ 工艺流程短,自动化程度高、可靠性和灵活性好,开停车方便。
⑶ 动设备减少,消耗低,易于管理与维修。
由于排放的废气可作为转化炉的燃料使用,可降低生产综合费用。
什么样的混合气体才能用PSA进行分离?适用于采用PSA进行分离的混合气体应具备如下特点:混合气体中各组分必须是在相同的吸附压力下具有不同的吸附能力,不希望的组分应当是在较高的压力下具有较大的吸附能力,而在较低的压力下,又具有较小的吸附能力。
吸附能力相差越大便越容易分离。
而希望的组分应当是非吸附性的,或吸附能力很小,且随压力变化吸附能力变化不大。
PSA装置最常用的吸附剂是什么?它们对一般气体的吸附顺序如何?PSA最常用的吸附剂是分子筛和活性炭,通常两种吸附剂组合使用。
分子筛对一般气体的吸附顺序是:H2<<N2<CH4<CO<CO2活性炭对一般气体的吸附顺序是:H2<<N2<CO<CH4<CO2活性氧化铝和硅胶在PSA装置中起什么作用?活性氧化铝是一种在物理和化学上都很稳定的高纯度多孔氧化铝,其特点是耐磨,对所有腐蚀性气体和液体都是惰性的,并且有极好的热稳定性。
变压吸附学习
e 冲洗过程 在这一过程中,逆着吸附方向用顺放气罐中的氢气 冲洗床层,使吸附剂中的杂质得以完全解吸。冲洗出 的解吸气放入缓冲罐。 f 均压升压过程 该过程与均压降压过程相对应。在这一过程中,分 别利用其它吸附塔的均压降压气体依次从吸附塔顶部 对吸附塔进行升压。本流程共包括四次连续均压升压 过程,依次称为:四均升(E4R)、三均升 (E3R)、二均升(E2R)和一均升(E1R)。 g 产品气升压过程 经过四次均压升压过程后,吸附塔压力已升至接近 于吸附压力。这时,用少量的产品氢气自塔顶将吸附 塔压缓慢地升至吸附压力。经这一过程后,吸附塔便 完成了整个再生过程,为下一次吸附做好了准备。
(3)工艺步序说明 )
以10-2-4工艺(处理H2量在60000Nm3/h)来说 明,即装置共有10台吸附塔组成,其中2台始终处于吸 附状态,其余8台处于再生的不同阶段。10台吸附塔的 整个吸附与再生工艺切换过程是通过程控阀门按前面的 工艺步序和顺序进行开关来实现的。 4) (4)具体步序描述 步序1:吸附(A) 步序 :吸附 原料气经吸附 吸附程控阀进入PSA吸附塔,其中除H2以外 吸附 的杂质组份被吸附塔中装填的多种吸附剂依次吸附,得 到纯度很高的产品氢气经程控阀排出。 大部分氢气经压 力调节阀稳压后送出界区,少部分氢气通过
b 均压降压过程 在吸附过程完成后,顺着吸附方向将塔内较高压力气 体依次放入其它已完成再生的较低压力塔的过程, 这一过程不仅是降压过程,而且也回收了吸床层死 空间内的氢气。均压降流程一般包括多次连续均压 降压过程,如四次均压的有:一均降(E1D)、
变压吸附技术的基本原理
变压吸附技术的基本原理变压吸附(Pressure Swing Adsorption, PSA)技术是一种广泛应用于气体分离和纯化领域的技术。
它通过对气体与吸附剂之间的相互作用差异进行利用,实现气体的分离和纯化。
其基本原理包括吸附、压力变化和再生三个关键步骤。
在变压吸附过程中,气体混合物通过一系列固定床(或旋转瓶)中的吸附剂。
当气体与吸附剂接触时,由于两者之间的相互作用差异,气体组分中的一部分被吸附剂选择性地吸附,而其他组分则通过吸附剂床层。
吸附过程中,与吸附剂表面相互作用较弱的组分向前进一步,流出吸附剂床;而与吸附剂表面相互作用较强的组分则被留在吸附剂上。
通过控制气体混合物进出口的通路和调整吸附剂床的含气量,可以使得特定组分被有效地分离和富集。
吸附过程中主要依靠物理吸附和化学吸附两种机制。
物理吸附是通过吸附剂孔道的吸力将气体分子固定在吸附剂表面,由于物理力的作用力较弱,因此吸附能力较差。
而化学吸附则是通过与吸附剂表面化学键结合来实现吸附,具有较强的吸附能力。
吸附过程中,需要将吸附剂上被吸附组分的浓度降至最低,以充分利用吸附剂的吸附能力。
此时,需要通过调节进出口的压力差来实现。
通常情况下,吸附剂饱和后,进口增加压力,使其脱附,即从吸附剂表面解吸出来,然后通过排空通道排除。
这样,吸附剂就可以再次用于新的吸附过程。
再生是变压吸附过程中的一个重要环节。
在再生过程中,吸附剂需要重新获得其吸附能力以进行下一轮吸附过程。
常见的再生方法有两种:压力变化再生和热再生。
压力变化再生是通过改变进出口的压力差,实现吸附剂的再生。
而热再生则是通过加热吸附剂,使吸附剂表面的吸附物质脱附。
总之,变压吸附技术是一种利用固体吸附剂对气体进行分离和纯化的技术。
通过吸附、压力变化和再生三个基本步骤,实现了气体的分离和富集。
这一技术被广泛应用于天然气纯化、空气制氧、乙烯分离等领域,并取得了很好的效果。
变压吸附基础理论
变压吸附基础理论第一节吸附式气体分离技术一、吸附剂和吸附质由于物质分子之间的引力,当两种物质的分子接触时,他们就会彼此吸引附着。
发生吸附现象时,一样称密度较大的固体物质为吸附剂,密度较小的气体物质为吸附质。
二、吸附式气体分离吸附类型吸附现象依照其发生的性质可分为四大类:化学吸附、活性吸附、毛细管凝缩和物理吸附。
吸附式气体分离进程主若是物理吸附进程。
物理吸附产生的理论依据是分子之间的范德华力和电磁力。
物理吸附具有如下特点:·吸附进程进行专门快· 吸附进程没有化学反映·进程可逆三、吸附剂衡量吸附容量是衡量吸附剂能吸附吸附质多少的气宇。
不同的吸附质有着不同的表面特点。
关于某一种吸附剂而言,不同的表面特点就带来了不同的吸附能力,也就有不同的容量。
这是变压吸附能够将混合气体分离开的要紧缘故。
常见气体在相同分压和温度一样的吸附容量排列顺序由小到大为:H2→Ar→O2→N2→CO→CH4→CO2→……→H2O四、吸附剂性能理论和实验数据证明;对同一吸附剂和吸附质来讲有:(1)吸附剂在吸附质压力较高时,吸附容量大,反之在吸附质压力较低时,吸附容量较小。
(2)吸附剂在吸附质温度较低时,吸附容量大,反之在吸附质温度较高时,吸附容量较小。
变压吸附(PSA)、变温吸附(TSA)和变压/变温(PSA/TSA)吸附气体纯化技术确实是成立在吸附剂对不同吸附质,和在不同压力和温度条件下,吸附容量不同的理论和实验的基础上开发出来的新型有效技术。
五、有效的吸附纯化技术在实际的吸附进程中,吸附器内部的气体散布如以下图所示:在实际生产中,咱们不能让吸附前沿冲破吸附床顶,如此传质区、未吸附区大量的有效气就不能进入产品管道。
若是把这些气体随解吸气排掉,就造成了浪费,严峻阻碍气体的收率。
收率是指产品气占原料气中产品组分的比率。
实际应用中还开发了许多有效技术。
(1)多吸附器交替操作。
吸附和解吸是一对矛盾,它们是不能同时在一个吸附床层同时进行,因此一个吸附床是不能持续生产的。
变压吸附培训试题
变压吸附培训试题1.变压吸附(PSA)最早是由哪个国家发明的?2.变压吸附(PSA)的特点是什么?3.变压吸附是物理吸附还是化学吸附?两者有什么区别?4.吸附剂分为哪几类?分别有什么特点和应用范围?5.吸附剂的常用物理指标包括哪些?6.简述变压吸附的工作原理。
7.变压吸附主要应用于哪些场合?8.变压吸附制氢纯度最高可以到多少?目前最大的变压吸附制氢规模有多大?9.VPSA是什么意思?10.在变压吸附工艺步骤中,D、ED、ER、P、PP分别代表什么意思?11.变压吸附再生步骤中,用产品气冲洗和抽真空分别应用于什么场合?参考答案:2:自动化程度高,如果原料气进气压力高的话,整个装置不需要额外的动设备.3:变压吸附是物理吸附,与化学吸附相比吸附剂更加容易再生.4: 变压吸附常用的吸附剂有氧化铝、硅胶、活性炭、沸石分子筛几类,不同类型的吸附剂对不同气体的吸附能力不等,动态吸附量和解吸难易程度也不相同。
氧化铝类吸附剂对H2O、HCN、NH3等有良好的吸附作用,硅胶对CO2、各种烯烃吸附量较大,活性炭对CO2、各种烷烃吸附量大、解吸容易,而分子筛对CO、N2 、CH4等吸附和解吸性能优良。
5:物理指标: 外形尺寸、外形规格、堆比重、磨耗率、静态吸附量、抗压强度、正太粒度分布、吸附质、6、当气体分子运动到固体表面上时,由于固体表面原子的剩余引力的作用,气体中的一些分子便会暂时停留在固体表面上,形成这些分子在固体表面上的浓度增大,这种现象称为气体分子在固体表面上的吸附。
相反,固体表面上被吸附的分子又重新返回气体相的过程称为解吸或脱附。
被吸附的气体分子在固体表面上形成的吸附层,称为吸附相。
吸附相的密度比一般气体的密度大得多,有可能接近液体密度。
当气体是混合物时,由于固体表面对不同气体分子的引力差异,使吸附相的组成与气相组成不同,这种气相与吸附相在密度上和组成上的差别构成了气体吸附分离技术的基础。
7、一般适用于气体分离领域。
实验五变压吸附(南工大)
2 2 2 2 2 2 2 和 2 和 2 2 变压吸附试验利用多孔固体物质的选择性吸附分别和净化气体或液体混合物的过程称为 吸附分别。
吸附过程得以实现的根底是固体外表过剩能的存在,这种过剩能可通过范德华力的作用吸引物质附着于固体外表,也可通过化学键合力的作用吸引物质附着于固体外表,前者称为物理吸附,后者称为化学吸附。
一个完整的吸附分别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,变压吸附是通过调整操作压力〔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整温度〔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。
本试验以空气为原料,以碳分子筛为吸附剂,通过变压吸附的方法分别空气中的氮气和氧气,到达提纯氮气的目的。
— 试验目的(1) 了解和把握连续变压吸附过程的根本原理和流程; (2) 了解和把握影响变压吸附效果的主要因素; (3) 了解和把握碳分子筛变压吸附提纯氮气的根本原理; (4) 了解和把握吸附床穿透曲线的测定方法和目的。
二 试验原理在吸附剂〔固体〕外表的吸附必需经过两个过程:一是通过分子集中到达固体物质外表,二是通过范德华力或化学键合力的作用吸附于固体外表。
因此,要利用吸附实现混合物的分别,被分别组分必需在分子集中速率或外表吸附力量上存在明显差异。
碳分子筛吸附分别空气中 N 和 O 就是基于两者在集中速率上的差异。
N 和 O 都是非极性分子,分子直径格外接近〔O 为 0.28nm ,N 为 0.3nm 〕,由于两者的物性相近,与碳分子筛外表的结合力差异不大,因此,从热力学〔吸取平衡〕角度看,碳分子筛对 N O 的吸附并无选择性,难于使两者分别。
然而,从动力学角度看,由于碳分子筛是一种速率分别型吸附剂,N O 在碳分子筛微孔内的集中速度存在明显差异,如:35℃时,O 2 的集中速度为 2.0×106 ,O 2值。
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吸附剂的物理性质
常见组分对各种吸附剂的分离系数(常压,20℃)
下图为不同组分在分子筛上的吸附强弱大致顺序 组分 吸附能力 氦气 ☆ 弱 氢气 ☆ 氧气 ☆☆ 氩气 ☆☆ 氮气 ☆☆☆ 一氧化碳 ☆☆☆ 甲烷 ☆☆☆☆ 二氧化碳 ☆☆☆☆☆☆ 乙烷 ☆☆☆☆☆☆ 乙烯 ☆☆☆☆☆☆☆ 丙烷 ☆☆☆☆☆☆☆ 异丁烷 ☆☆☆☆☆☆☆☆ 丙烯 ☆☆☆☆☆☆☆☆ 戊烷 ☆☆☆☆☆☆☆☆ 丁烯 ☆☆☆☆☆☆☆☆☆ 硫化氢 ☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆ 硫醇 ☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆ 戊烯 ☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆ 苯 ☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆ 甲苯 ☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆ 乙基苯 ☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆ 苯乙烯 ☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆ 水 ☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆ 强
(3)工艺步序说明 )
以10-2-4工艺(处理H2量在60000Nm3/h)来说 明,即装置共有10台吸附塔组成,其中2台始终处于吸 附状态,其余8台处于再生的不同阶段。10台吸附塔的 整个吸附与再生工艺切换过程是通过程控阀门按前面的 工艺步序和顺序进行开关来实现的。 4) (4)具体步序描述 步序1:吸附(A) 步序 :吸附 原料气经吸附 吸附程控阀进入PSA吸附塔,其中除H2以外 吸附 的杂质组份被吸附塔中装填的多种吸附剂依次吸附,得 到纯度很高的产品氢气经程控阀排出。 大部分氢气经压 力调节阀稳压后送出界区,少部分氢气通过
2.3 原理 所以说变压吸附(PSA),就是利用吸附 剂对不同气体组分随压力变化而变化的吸附 特性,加压吸附部分组分,降压解吸这些组 分,从而吸附剂得到再生,并使不同气体得 到分离的过程。 下面主要以PSA制氢的工艺来讲解变压吸 附。
3 变压吸附的主要内容 (1) 吸附剂 (2) 工艺流程 (3) 自控系统 4 吸附剂 4.1 PSA吸附剂:
变压吸附学习 PSA
1 概况 概况:变压吸附(Pressure Swing Adsorption.简称PSA)是一种新型气体吸附分离技 术,它有如下优点: ⑴产品纯度高。⑵一般可在室温和不高的压力下 工作,床层再生时不用加热,节能经济。⑶设备简 单,操作、维护简便。⑷连续循环操作,可完全达 到自动化。 正是因为这样的优点,PSA技术发展到现 在,技术发展迅速并相当成熟。 变压吸附发展史 变压吸附空分制氧始创于20世纪60年代初,并于70年 代实现工业化生产。在此之前,传统的工业空分装置大部 分采用深冷精馏法(简称深冷法) 。
5.2 吸附分离流程的主要工序 吸附工序--在常温、吸附压力下吸附杂质,出产 品。 减压工序--通过一次或多次的均压降压过程,将 床层死空间氢气回收。 顺放工序--通过顺向减压过程获得冲洗再生气源。 逆放工序--逆着吸附方向减压使吸附剂获得部分 再生 冲洗工序--用其它塔顺放出的氢气冲洗吸附床, 降低杂质分压,使吸附剂完成最终的再生,冲 洗时间越长越好 升压工序--通过一次或多次的均压升压和产品气 升压过程使吸附塔压力升至吸附压力,为下一 次吸附作好准备
物理吸附是指依靠吸附剂与吸附质分子间的分子力 (即范德华力)进行的吸附。其特点是:吸附过程中 没有化学反应,吸附过程进行的极快,参与吸附的各 相物质间的平衡在瞬间即可完成,并且这种吸附是完 全可逆的。 2.2 吸附平衡 吸附平衡是指在一定的温度和压力下,吸附剂与吸 附质充分接触,最后吸附质在两相中的分布达到平衡 的过程。这个过程为动态平衡,对于相同的吸附剂和 吸附质,其平衡吸附容量是一个定值,这个量主要受 压力与温度影响。
步序7:逆放 步序 :逆放(D)
在完成连续顺放减压过程后,A塔的吸附前沿已基本达到 床层出口。这时打开逆放程控阀,逆着吸附方向将A塔压 力降至接近于常压,此时被吸附的杂质开始从吸附剂中解 吸出来。逆放解吸气放入逆放气缓冲罐。
步序8: 步序 :冲洗 (P)
逆放结束后,同时打开冲洗程控阀门,一般用顺放气 罐中的低压氢气对A塔进行冲洗,这时被吸附的杂质大 量解吸出来,并逆着吸附方向流入解吸气缓冲罐。
步序3:二均降压 步序 :二均降压(E2D) 步序4:三均降压(E3D) 步序 :三均降压 步序5:四均降压(E4D) 步序 :四均降压
步序6: 步序 :顺放 (PP)
吸附塔在四均降压结束后,打开顺放程控阀,顺着吸附方 向进行减压,减压出来的氢气放入顺放气罐内储存起来, 吸附前沿继续向前推移,并达到出口。
PSA工业上常用的吸附剂有:硅胶、活性氧化 铝、活性炭、分子筛等,另外还有针对某组分选择 性吸附而研制的特殊吸附材料。吸附剂对各种气体 组分的吸附性能是通过实验测定静态下的等温吸附 线和动态下的穿透曲线来评价的。
吸附剂的良好吸附性能是吸附剂分离过程的 基本条件。选择吸附剂时应注意以下问题。 (1)吸附剂对杂质应有较大吸附量,同时被 吸附的杂质易于解吸,从而在短周期内达到吸 附、解吸间的平衡,确保分离提纯。 (2)组分间的分离系数 分离系数尽可能大。气体组分的分离系 分离系数 数越大,分离越容易,得到的产品纯度越高,同时回收 率也高。 (3)使用的吸附剂应有足够的强度,以减少破碎和磨 损。 (4)分离组分复杂、类别较多的气体混合物,可选用 多种吸附剂,这些吸附剂可按吸附分离性能依次分层装 填在同一吸附床内,也可分别装填在多个吸附床内。
b 均压降压过程 在吸附过程完成后,顺着吸附方向将塔内较高压力气 体依次放入其它已完成再生的较低压力塔的过程, 这一过程不仅是降压过程,而且也回收了吸床层死 空间内的氢气。均压降流程一般包括多次连续均压 降压过程,如四次均压的有:一均降(E1D)、
二均降(E2D)、三均降(E3D)和四均降 (E4D)。。
5.3 流程简述(以PSA-H2流程做介绍,10-2-4工序) (1) 如压力 压力2.0MPa(吸附压力 、 吸附压力)、 吸附压力
温度60℃的混合氢气(原料气) 温度 ℃的混合氢气(原料气)自界 区外来,经过冷却器冷却至40℃以下 后进入原料气分液罐分离掉夹带的液 体,接着从塔底部进入吸附塔中正处 从塔底部进入吸附塔中正处 于吸附工况的塔(始终有 始终有2台 , 于吸附工况的塔 始终有 台),在多种 吸附剂组成的复合吸附床的依次选择 吸附下, 吸附下,一次性除去氢以外的几乎所 有杂质, 有杂质,直接就可以获得纯度很高的 一般大于99.9%)产品氢气从塔顶 (一般大于 ) 排出,然后稳压送出界区。 排出,然后稳压送出界区。
不同的气 体,要选择 合适的吸附 剂。
5 工艺流程(以PSA-H2流程做介绍) 5.1 变压吸附(PSA)大致过程 变压吸附( ) 根据变压吸附的原理,在工业变压吸附(PSA) 工艺中,吸附剂通常都是在常温和较高压力 下,将混合气体中的易吸附组分吸附,不易 吸附的组分从床层的一端流出, 然后降低吸附剂床层的压力, 使被吸附的组分脱附出来,从 床层的另一端排出,从而实现 了气体的分离与净化,同时也 使吸附剂得到了再生。
c 顺放过程 这是吸附塔在均压结束后,顺着吸附方向减压,减压 出来的氢气进入顺放气罐储存起来。 d 逆放过程 这是吸附塔在完成顺放过程后,逆着吸附方向将 塔内压力降至0.03MPa的过程,此时被吸附的杂质 开始从吸附剂中解吸出来,放入缓冲罐 。
e 冲洗过程 在这一过程中,逆着吸附方向用顺放气罐中的氢气 冲洗床层,使吸附剂中的杂质得以完全解吸。冲洗出 的解吸气放入缓冲罐。 f 均压升压过程 该过程与均压降压过程相对应。在这一过程中,分 别利用其它吸附塔的均压降压气体依次从吸附塔顶部 对吸附塔进行升压。本流程共包括四次连续均压升压 过程,依次称为:四均升(E4R)、三均升 (E3R)、二均升(E2R)和一均升(E1R)。 g 产品气升压过程 经过四次均压升压过程后,吸附塔压力已升至接近 于吸附压力。这时,用少量的产品氢气自塔顶将吸附 塔压缓慢地升至吸附压力。经这一过程后,吸附塔便 完成了整个再生过程,为下一次吸附做好了准备。
80年代以来至今高吸附分离性能的沸石分子筛的相继开 发利用和工艺流程的改进,使得变压吸附空分技术得到迅 速地发展,与深冷空分装置相比,PSA过程具有启动时间 短和开停车方便、能耗较小和运行成本低、自动化程度高 和维护简单、占地面积小和土建费用低等特点。在不需要 高纯氧的中小规模(小于100吨/天,相当于3000Nm3/h )氧 气生产中比深冷法更具有竞争力。广泛的应用于电炉炼 钢、有色金属冶炼、玻璃加工、甲醇生产、碳黑生产、化 肥造气、化学氧化过程、纸浆漂白、污水处理、生物发 酵、水产养殖、医疗和军事等诸多领域 四十多年来变压吸附空分制氧技术的研究进展主要表 现在两个方面:一是空分制氧吸附剂和其吸附理论的研究 方面,二是空分制氧工艺循环过程的研究方面。国内对这 项技术的研究尽管起步较早,然而在较长的一段时间内发 展相对较缓。但是近几年各种流程的设备相继投产为各行 各业带来了巨大的经济效益。
PSA单元除送出产品氢外,还产生逆放解吸气、 冲洗解吸气和抽真空解吸气。逆放解吸气来自于吸附 床的逆放步骤,进入逆放气缓冲罐,冲洗解吸气产生 于冲洗步骤,进入解吸气缓冲罐,抽真空的解吸气, 进入解吸气缓冲罐。
(2)吸附塔的工作过程依次如下: )吸附塔的工作过程依次如下:
a 吸附过程 原料气进入界区后经程控阀,自塔底进入PSA吸附 塔中正处于吸附状态的两台吸附塔,其中除H2以 外的杂质组份被装填的多种吸附剂依次吸附,得到 纯度大于99.9%的产品氢气从塔顶排出,经产品气 出口程控阀和吸附压力调节阀稳压后送出界区。
图一 不同温度下的吸附等温线
压力越高单位时间内撞击 到吸附剂表面的气体分子 数越多,因而压力越高平 衡吸附容量也就越大;由 于温度越高气体分子的动 能越大,能被吸附剂表面 分子引力束缚的分子就越 少,因而温度越高平衡吸 附容量也就越小。
从上图的B→A和C→D可以看出:在温度一定时,随 着压力的升高吸附容量逐渐增大;从上图的B→C和 A→D可以看出:在压力一定时,随着温度的升高吸 附容量逐渐减小。一般吸附在常温状态下吸附,视作 等温。
相应的程控阀后用于其它塔的产品气升压。 随着吸附的 进行,当杂质的前锋(即吸附前沿)上升至接近于吸附床出 口时,关闭程控阀停止吸附。这时,吸附前沿与吸附床 出口间还留有一段未吸附饱和的吸附剂,称为预留段。