变压吸附空分制氧过程非等温模拟
变压吸附(PSA)法制氧操作规程
变压吸附（PSA）法从空气中提取富氧装置操作规程XXXXXX化工有限公司2009年9月目录1. 概述................................................................................................................................................................................. - 1 -1.1.前言 (1)1.2.装置概况 (1)2. 工艺说明............................................................................................................................................................................... - 7 -2.1工艺流程简述 (7)2.2工艺步序 (11)2.3工艺步序时间参数设置 (16)2.4工艺步序吸附塔压力设置 (18)2.5控制功能说明 (19)3. 装置的操作 ....................................................................................................................................................................... - 24 -3.1首次开车准备.. (24)3.2系统开车 (29)3.3提浓段和精制段装置运行调节 (31)3.4提浓段和精制段装置停车 (34)3.5提浓段和精制段停车后的再启动 (36)3.6提浓段和精制段故障处理方法 (37)3.7变压吸附提氧装置操作注意事项 (39)3.8电磁阀故障处理以及切塔要点 (40)4 安全技术 ........................................................................................................................................................................ - 41 -4.1概述 (41)4.2氧气的基本特性 (41)4.3装置的安全设施 (42)4.4氧气系统运行安全要点 (42)4.5消防 (43)4.6安全生产基本注意事项 (43)5. 安全规程 ......................................................................................................................................................................... - 44 -5.1、一般安全事项.. (44)5.2、进入容器的八个必须 (45)5.3、防止违章动火的六大禁令 (48)1. 概述1.1. 前言本装置是采用变压吸附（Pressure Swing Adsorption简称PSA）法，从空气中提取氧气和氮气。
变压吸附法氮气氧气分离
变压吸附法氮气氧气分离变压吸附法氮气氧气分离氮气和氧气是常见的两种气体，它们在大气中的比例约为78%和21%，在不同的工业应用中，需要纯化或者分离其中的一种或多种气体。
一种常见的方法就是利用变压吸附法（Pressure Swing Adsorption, PSA）对氮气和氧气进行分离。
本文将对此方法进行介绍和分析。
一、变压吸附法的原理和特点变压吸附法其实是一种固体吸附技术。
其原理是在固定床层中放置吸附剂，并通过周期性的压力升降来控制气体的吸附和解吸，从而实现气体混合物的分离。
在气体进入固定床层之前，它需要先经过一些预处理设备，例如压缩机、冷凝器、过滤器等，以去除杂质、降低湿度和温度，使其符合吸附工艺的要求。
具体来说，氮气和氧气分离的过程可以分为以下步骤：1. 吸附：将压缩过的混合气体通过一个易于吸附氧气的床层（比如说分子筛）。
2. 解吸：将床层内的氧气解除吸附状态，需要降低压力并通入另一个床层，这个床层需要执行吸附操作。
3. 气体出口：产生一个只含氮气的稳定流。
这个过程中，需要一个满足以下要求的固体吸附剂：· 具有选择性：能够选择性吸附氧气而不是氮气，或者相反。
· 具有高吸附性：吸附剂表面分子分散程度高，能够将气体分子吸附到表面。
· 具有高再生性：吸附剂的吸附能力需要通过解除吸附状态进行再生。
变压吸附法的主要特点是：· 可以实现连续、可控制的分离操作。
· 操作简单，无需添加任何化学物质。
· 生产成本低，技术成熟，应用广泛。
但也需要注意的是，吸附剂会随着时间的增加而老化，吸附的选择性会降低，影响分离效果。
二、变压吸附法在氮气氧气分离中的应用变压吸附法在氮气和氧气分离中的应用非常广泛，如：1. 制取高纯度氮气：在医药、食品、航空等行业，需要使用高纯度氮气，其中氧气为其主要的杂质。
通过变压吸附法可以成本低廉地制取出高纯度氮气。
2. 制取氧气：氧气在医疗、钢铁、化工等行业中广泛应用，其纯度对产品质量和安全性有很大影响。
变压吸附制氧工艺流程
变压吸附制氧工艺流程以变压吸附制氧工艺流程为主题，我们就来了解一下这项技术的流程和原理。
变压吸附制氧技术是一种利用分子筛吸附和脱附氧气的技术。
该技术可用于空分设备中的氧气制备，也可用于空气净化和工业气体制备中。
先来看看变压吸附制氧的原理。
该技术利用了分子筛的吸附性能，而分子筛是一种孔径大小相等的多孔材料，孔径大小与要吸附的分子大小相当。
在这里，我们以空气中的氧气为例，介绍一下该技术的原理。
当空气经过分子筛时，分子筛内的分子会被吸附下来，分子筛中的空气中只留下氮气。
根据分子筛的吸附原理，氧气分子比氮气分子更容易被分子筛吸附，所以氧气分子会被分子筛吸附下来，而氮气分子则通过分子筛逸出。
当分子筛中的氧气达到饱和时，分子筛需要进行再生，将吸附的氧气脱附出来。
通过调节分子筛的压力和温度，可以实现分子筛的吸附和脱附。
接下来，我们来看看变压吸附制氧的工艺流程。
首先是空气的预处理。
空气预处理主要是去除空气中的水分和杂质，以防止水分和杂质对分子筛的影响。
然后将预处理后的空气送入变压吸附设备中。
变压吸附设备主要由吸附塔、再生塔、压缩机和电气控制系统组成。
空气从塔顶进入吸附塔，经过分子筛吸附氧气，氮气则通过分子筛逸出，最后从塔底排出。
当吸附塔中的氧气达到饱和时，需要进行再生。
再生过程中，用压缩机将空气压缩并送入再生塔中，分子筛中的氧气会被脱附出来，最后从再生塔排出。
再生后的分子筛可以重新进入吸附塔进行吸附。
变压吸附制氧技术的优点在于其能够高效地制备氧气，同时还可以净化空气。
此外，该技术还可以用于工业气体制备中，例如制备氮气和氢气等。
变压吸附制氧技术是一种高效、可靠、节能的氧气制备技术。
通过对分子筛的吸附和脱附，实现了氧气的制备和空气的净化。
该技术不仅应用广泛，而且未来还有较大的发展潜力。
变压吸附制氧原理
变压吸附制氧原理引言：随着社会发展和人口老龄化趋势的加剧，氧气作为一种重要的医疗气体，广泛应用于临床医学、制药工业等领域。
而变压吸附制氧技术则是一种高效、可靠、节能的制氧方法，本文将从原理、设备和应用三个方面进行介绍。
一、变压吸附制氧的原理变压吸附制氧是利用吸附剂对空气中的氮气进行选择性吸附分离，从而得到高纯度的氧气。
其原理主要包括以下几个步骤：1. 吸附：将空气通过吸附剂床层，吸附剂表面的孔隙结构能够选择性地吸附氮气。
吸附剂通常采用具有大孔隙结构和高吸附容量的物质，如分子筛、活性炭等。
2. 脱附：当吸附剂达到一定饱和程度后，需要进行脱附操作，即通过减压或增加温度等方式，将吸附剂中吸附的氮气释放出来。
释放的氮气经过处理后，可以回收利用或排放到大气中。
3. 再生：脱附后的吸附剂需要进行再生，以恢复其吸附性能。
再生操作一般包括冲洗、干燥和升温等步骤，使吸附剂重新达到适用于吸附氮气的状态。
通过不断循环吸附、脱附和再生操作，变压吸附制氧系统可以持续地产生高纯度的氧气。
二、变压吸附制氧的设备变压吸附制氧设备主要包括压缩空气系统、吸附剂床层、控制系统等组成。
1. 压缩空气系统：负责将大气中的空气经过压缩处理，以提供足够的进气压力。
压缩空气系统通常包括压缩机、冷却器和过滤器等部件。
2. 吸附剂床层：是变压吸附制氧系统的核心组成部分，其结构通常为多个吸附剂床层的组合。
吸附剂床层一般采用多个固定床层的方式，以实现连续的吸附、脱附和再生操作。
3. 控制系统：用于控制整个变压吸附制氧系统的运行，包括压力控制、温度控制、气流控制等。
控制系统可以实现自动化操作，提高制氧效率和稳定性。
三、变压吸附制氧的应用变压吸附制氧技术在医疗、制药、化工等领域具有广泛的应用前景。
1. 医疗领域：变压吸附制氧设备可以用于医院、急救车等场所，为患者提供高纯度的氧气。
氧气可以用于呼吸治疗、手术麻醉、氧疗等医疗操作，对于呼吸系统疾病、心血管疾病等患者具有重要的治疗作用。
变压吸附制氧技术介绍
一、变压吸附制氧技术介绍1、变压吸附制氧基本原理变压吸附（Pressure Swing Adsorption）是利用气体在不同的压力下在吸附剂上的吸附能力不同，对空气中各种气体进行分离的一种非低温空气分离技术。
空气中的主要组份是氮和氧，因此可选择对氮和氧具有不同吸附选择性的吸附剂，设计适当的工艺过程，使氮和氧分离制得氧气。
氮和氧都具有四极矩，但氮的四极矩（0.31Å）比氧的（0.10 Å）大得多，因此氮气在沸石分子筛上的吸附能力比氧气强（氮与分子筛表面离子的作用力强，如图1所示）。
因此，当空气在加压状态下通过装有沸石分子筛吸附剂的吸附床时，氮气被分子筛吸附，氧气因吸附较少，在气相中得到富集并流出吸附床，使氧气和氮气分离获得氧气。
当分子筛吸附氮气至接近饱和后，停止通空气并降低吸附床的压力，分子筛吸附的氮气可以解吸出来，分子筛得到再生并重复利用。
两个以上的吸附床轮流切换工作，便可连续生产出氧气。
2、变压吸附制氧工艺流程介绍VPSA制氧装置的操作必须至少包含两个步骤：进气吸附和抽空解吸，无论采用几塔流程，每个吸附塔都必须周期性地重复这两个步骤。
最初的变压吸附装置规模小，一般采用两塔流程，后来为了扩大规模和节约能耗，又开发出多塔流程。
随着新型吸附剂的开发和设备制造工艺的进步，又逐步向两塔流程回归。
这是因为采用两塔流程时，当一个塔进行吸附时，另外一个塔可以进行抽空解吸，两个塔互相匹配，可以在最短的时间内完成必须的操作，使吸附剂的利用效率最高，而且两塔流程可以实现吸附塔之间的均压，氧气的收率和能耗也可达到比较好的水平；此外，两塔流程由于工艺简单，设备数量少、投资较低。
尽管两塔流程在能耗水平上不如多塔流程，但综合考虑投资和运行费用，两塔流程的长期运行成本最低。
因此，在可能的情况下应尽可能选择两塔流程，这个结论是理论上的分析，同时得到了国内外变压吸附制氧设备供应商长期实践的验证。
但大规模装置采用两塔流程必须解决两个难点：在限定气流速度的前提下，解决大直径吸附塔的制造问题并保证吸附塔内气流分布的均匀性。
浅论变压吸附空分制氧工艺的改进
的温度和压 力下进 行，在变压吸附制氧过程中， 这个过程 中需要将废气排出 ， 致使 回收下降 ， 吸附剂（ 沸石 分 子筛） 对氮的吸附 是Ｉ 型吸附等温 而真空变压吸附Ｖ Ａ ２ Ｓ ￣ 艺一般采用常压下吸附而
［】 ４滕燕程． 吸附法分 离空气技术进展【． 明化 Ｊ黎 ］
工 ．１ ９ （） ．３ ９ ３１ ：７ １
９１
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加 ，但解 吸困难 ，同样 产品气浓度 降低 ，最后 产能力也大打折扣 。为了克服这些缺陷 ，技术人 提出解决办法就是将变压 吸附制氧机放在室内为 员提出丁一种脉 冲性的变压吸附工艺，就是间歇 ０ 引 言 而且有利于延长 式地进行进料、出产品、冲洗以及逆放等过程 ， 氧气在化学工业 中是用途非常广泛的重要原 妥，这样温度不会过高或过低 ， 这样虽然 从微观上看也是 不稳定的，但从宏观层 吸附 剂和 电磁 阀 的使 用 寿命 。 料 ，传统获得氧气的方法主要通过低温精馏法 ， Ｓ Ｉ 艺 提高 了吸附和解析 此 外 ，在Ｐ Ａ法空分工艺 中，真空解吸和 面来讲稳定性高于Ｐ Ａ ２ ， Ｓ 也称为深冷法。但深冷法投资大 ，能量消耗也非 ｒ 吸附剂的利用率 。 均压步骤，对提高产品气纯度和 回收率也极为重 速度，有效的提高 ＿ 常高 ， 操作复杂，适用于大规模制氧领域。变压 ６ Ｓ ｛Ｉ 分离联合工艺 ： ） ＡＮ Ｐ ］ ￣ 早在几十年前人 要 。若想得到高纯度产 品气 ，均压时最好两端同 吸附法（ｒｓ ｒ Ｓ ｉ ｄｏｐｉ ，简称Ｐ Ａ Ｐｅ ｕｅ ｗ ｎ Ａ ｓｒｔ ｎ ｓ ｇ ｏ Ｓ） 们就开始用聚合物膜进行气体分离的研究，随后 是２ 世纪６ 年代才开始出现的技术， 与 ０ ０ 深冷法相 时均压，充压时需要采用纯的非优先吸附 气体 ， 将膜分离法开始用于空分 。技术人员研究了Ｐ Ａ Ｓ 比，具有投资小、能耗较低、操作简单的优点 ， 这二者是提高产品气纯度的有效措施。沸石分子 时 回冲以除去共吸附 膜分离工艺，发现富集塔较贫化塔大时有较好的 近年来得到了快速发展，各国科研 工作者对其研 筛制高纯Ｎ２ ，必须用纯Ｎ２ 分离妓果 ，并将Ｐ Ａ膜分离联合工艺和传统高压 ｓ 的０２ 。另外，对一些Ｐ Ａ Ｓ 空分流程而言 ，操作时 究 也 日益增 多 。 气瓶供应９ ．％氧气的成本进行了对比，发现联 ９５ 间延长 ，产品气纯度提高。 １ 变压吸附空分制氧原理 合工艺的经济价值非常高。 ３ 、变压吸附空分制氧工艺的改进 ＰＡ Ｓ 空分制氧使用的吸附剂一般为分子筛 ， ７ ） 其他一些新型工艺 ：美国专家Ｋ ｌ ｒ ｅ ｅ 提出 ｌ 由于氧气纯度和 回收率对于变压吸附空分制 特别是 ５ Ａ沸石分子筛。由于Ｎ ，０ 分 子的偶极 ２ ２ 了一 个崭新的变压吸附思路，用活塞驱动来改变 基于前面对氧 气纯度和回收率的影 矩 不 同 ，Ｎ２ 子 的偶 极 矩 大 干 ０２ 偶 极 矩 ， 吸 氧的重要性 ， 分 的 Ｓ 艺基本情况是，两 近年来相关 压力使气体分离。活塞Ｐ ＡＴ． 附剂中的阳离子与Ｎ 的作用力大于０ ，使得Ｎ２ 响因素分析 ，为了提高这两个指标 ， ２ ２ 技术人 员对变压吸附工艺过程进行了一系歹ｌ 『 的改 个汽缸分别与吸附床层两端相连 ，通过活塞的移 的平衡 吸容量高于Ｏ ，在中、低压（ ．ＭＰ ） ２ 如０ ６ ａ 动 ，周期地改变吸附床的压力，实现变压吸附。 下分子筛优吸附氮气，从而达到分离氮、氧的 目 进 。 这种单床活塞Ｐ Ａ工艺实际上是一种压力参数泵 Ｓ １ ） 采用同时进行的步骤 ：采用同时进行的步 的。然后通过压将吸附的氮气从吸附剂 中解吸出 工艺 ，它可以替代复杂的多床流程，操作简单 ， 骤。就是要使床层再生过程的步骤尽可能地同时 来，达到吸附 层的再生。 能耗低 ，产率有明显的提高。 进行 ，比如当床层完成吸附后 ，可以跟其它已完 ２ 、影响产品气纯度和回收率的因素 ４ 结语 衡量变压吸附空分制氧工艺先进性的两个重 成再生的床在产品端和进料端同时进行均压，此 随着新 型高效吸附剂的开 发和 工艺的不断 要指标是氧气的纯度和 回收率 。对变压吸附空分 外，充压、均压与逆放、均压与顺放等过程保持 完善 ，Ｐ Ａ￣氧的应用领域逐渐扩大 ， 以低能 Ｓ Ｉ ］ 制氧工艺的改进也是以提高氧 气的纯度和 回收率 同时 一致性等。这样可以缩短循环时间 ，提高装 耗 、低成书生产的低浓 度富氧 ，可 用于金属冶 为 目 ，因此首先需要探究这两个指标的影响因 置的生产能力，有效的改善了装置的性能。 标 炼 、玻璃熔炼和工业与民用锅炉等场合 ，可节能 ２ 均压过程 ：均压 步骤 在Ｐ Ａ工艺中有着 ） Ｓ 素。 １％ １％，开辟了新的节能途径；Ｐ Ａ ０一 ５ Ｓ 法可制取 重要的作用 ， 流程大致是将 已经完成吸附的床层 ２１ ．操作时对称性的影响 不同＿度的富氧产品 ，可替代空气用于各种化学 浓 多塔变压吸附的特征之 一是每一个吸附塔 顺放 出的气体用于 已完成再生床层的充压，并保 氧化工艺 ，从而可减小反应器体积，减少废气处 都经历相同的操作步骤序列，但是在任意一个时 证两床间的压力相等 ，这样 已完成 吸附床层中气 理负荷，降低化学 品的生产成本 ；小型Ｐ Ａ Ｓ 高纯 刻，每 一 个吸附塔又经历不同的步骤，理想的情 体 的较高压力就得到了充分的利用 ，既节约了能 氧生产装置可用于 Ｅ Ｊ ＃ 、医院等特殊供氧场 合。 Ｌ 况是 ，每一个吸附塔在经历相同的步骤时 ，其操 源，对提高产品氧气纯度和 回收率也有着重要的 此外 ，Ｐ Ａ法制氧工艺具有装置紧凑 、一次性投 Ｓ 作参数部是相同的，每一个吸附塔的分离作用也 意义。 资低、 自 动化程度高等深冷法无可比拟的技术优 ３ ） 用纯度高的气体进行清冼 ：在一般的Ｐ Ａ Ｓ 都是相同的。要达到这个 目的，就必须做到每个 势。总之 ，大型Ｐ Ａ空分制氧装置的成功运行 ， Ｓ 吸附塔的管线 、阀门以及吸附剂的填充情况都具 工艺 中，清洗气一般为吸附床层的顺放气体，这 将逐步动摇深冷法制氧的长期统治地位 。 有严格的对称性 ；从操作 上 来看 ，就要求在每个 些 气体往往是先用于均压步骤 ，床 层压力和顺放 循环中气体流率、压力和温度任每个吸附塔中都 气纯度都有不同程度的降低 ，清洗气中带有的部 是 对称 的 ，即所谓 的 “ 操作对称性 ”。在实际 中，系统的仟何扰动 ，如温度 、压力等的细微变 动，都可能会打破原有的平衡状态，导致不对称 性操作，各塔不再在相同的变压条件 Ｆ 操作，或
变压吸附制氧原理
变压吸附制氧原理变压吸附制氧是一种通过吸附剂吸附空气中的氮气，从而得到高纯度氧气的技术。
它利用了吸附剂对氮气和氧气的吸附选择性，通过变压操作实现对氮气和氧气的分离。
下面将详细介绍变压吸附制氧的原理和工作过程。
首先，变压吸附制氧系统由吸附塔、压缩机、变压器、控制系统等部分组成。
在工作时，空气经过预处理后进入吸附塔，吸附塔中填充有吸附剂。
当空气通过吸附塔时，吸附剂对氮气和氧气的吸附选择性会导致氮气被吸附，而氧气通过吸附塔被输出。
其次，变压吸附制氧的原理是利用吸附剂对氮气和氧气的吸附选择性不同。
在吸附塔内，当空气通过吸附剂时，由于氮气和氧气的分子大小和极性不同，吸附剂对它们的吸附能力也不同。
一般来说，吸附剂对氮气的吸附能力更强，因此氮气会被吸附在吸附剂上，而氧气则通过吸附塔输出。
接着，变压吸附制氧的工作过程主要包括吸附、脱附和再生三个阶段。
在吸附阶段，空气通过吸附塔，氮气被吸附，从而得到富氧气体。
在脱附阶段，吸附塔停止进气，通过减压或者加热的方式将吸附在吸附剂上的氮气释放出来，从而实现对吸附剂的再生。
在再生阶段，通过变压操作，将吸附塔恢复到工作状态，使其可以再次吸附氮气，产生富氧气体。
最后，变压吸附制氧技术具有操作简单、能耗低、成本较低等优点，因此在医疗、生活、工业等领域得到了广泛应用。
通过合理设计吸附剂、控制系统和工艺参数，可以实现对氮气和氧气的高效分离，从而得到高纯度的氧气产品。
综上所述，变压吸附制氧是一种通过吸附剂对氮气和氧气的吸附选择性实现氮气和氧气的分离的技术。
它的原理和工作过程清晰明了，具有广泛的应用前景和市场需求。
希望本文能够对变压吸附制氧技术有所了解，并为相关领域的研究和应用提供参考。
变压吸附制氧及其在电弧炉炼钢中的应用
变压吸附制氧及其在电弧炉炼钢中的应用一、引言随着钢铁行业的不断发展，电弧炉炼钢已成为钢铁生产的主要方式之一。
在电弧炉炼钢中，氧气是必不可少的原料。
然而，传统的制氧方法存在着能耗高、设备复杂等问题。
为了解决这些问题，变压吸附制氧技术应运而生。
二、变压吸附制氧技术1. 变压吸附原理变压吸附是利用物质在不同温度和压力下吸附和脱附的差异性来实现分离纯化的过程。
在变压吸附制氧中，将空气通入变压器中进行分离，因为空气中78%为氮气，21%为氧气，所以通过调节变压器内部的温度和压力来实现将空气中的氮气和其他杂质分离出去，从而得到高纯度的氧气。
2. 变压吸附制氧优点与传统的制氧方法相比，变压吸附制氧具有以下优点：（1）能耗低：采用低温和低能耗分离氧气，大大降低了能耗。
（2）设备简单：变压吸附制氧设备结构简单，易于维护和操作。
（3）纯度高：通过调节变压器内部的温度和压力来实现将空气中的氮气和其他杂质分离出去，从而得到高纯度的氧气。
三、变压吸附制氧在电弧炉炼钢中的应用1. 变压吸附制氧在电弧炉炼钢中的作用在电弧炉炼钢中，加入适量的高纯度氧气可以提高钢水温度和碳含量，同时可以减少废钢和废铁等杂质的含量。
因此，在电弧炉炼钢中使用高纯度氧气是十分必要的。
2. 变压吸附制氧在电弧炉炼钢中的优势与传统方法相比，采用变压吸附制氧技术在电弧炉炼钢中具有以下优势：（1）提高生产效率：采用变压吸附制氧技术可以快速提供高纯度的氧气，从而提高生产效率。
（2）降低成本：采用变压吸附制氧技术可以大大降低制氧成本，从而降低生产成本。
（3）提高钢水质量：采用高纯度氧气可以提高钢水温度和碳含量，同时可以减少废钢和废铁等杂质的含量，从而提高钢水质量。
四、结论随着技术的不断进步和发展，变压吸附制氧技术已经被广泛应用于电弧炉炼钢中。
采用这种技术可以大大降低制氧成本，提高生产效率和钢水质量。
相信在不久的将来，这种技术将会得到更加广泛的应用。
变压吸附过程模拟研究
第5章变压吸附过程模拟研究变压吸附这一概念是1942年H.kahle在德国申请的专利中提出的。
其分离气体的基本原理是：利用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的特性，在加压条件下完成混合气体的吸附分离过程，降压脱附被分离吸附的各种组分，从而实现气体分离以及吸附剂循环使用的目的[41]。
由于当时H.kahle所使用的吸附剂仅为硅胶、活性氧化铝与活性炭，这几种吸附剂对于低沸点、分子直径相近的氧、氮来说吸附效率低，分离系数小，很难将它们彼此分离，因此，五十年代之前变压吸附技术发展非常缓慢。
1958年，Skarstorm申请专利，应用变压吸附分离空气，同时Gerin de Montgareuil和Domine也在法国申请了专利。
1960年大型变压吸附法空气分离的工业化装置建成，1962年工业规模的制氢装置建成。
六十年代末，由于污水生化处理需要富氧促进细菌的活力，变压吸附制氧迅速工业化。
进入七十年代后，变压吸附获得了更迅速的发展，主要应用于空气干燥[76]、氢气纯化、分离空气制取氧氮[77]。
1958年，Skarstom将吸附重组分的饱和床在低压下解吸，并用部分轻组分产品吹扫床层，其生产效率比变温吸附效率高[78]。
此后，变压吸附开始应用于从废气中分离回收轻烃[79]。
利用它可以从油漆喷雾、纺织品干洗[80]、有机物聚合[81]等过程产生的废气中回收有机蒸气溶剂，包括低分子质量碳氢化合物、稀有气体或工业气体[82]等。
我国于1981年建成第一套工业化PSA制H2装置，此后变压吸附技术在国内迅速发展，工业化应用的领域主要包括：氢气的提纯、CO2的提纯、CO的提纯、变换气脱除CO2；天然气的净化、空分制O2和N2、煤矿瓦斯气浓缩CH4、浓缩和提纯乙烯以及有机废气净化回收等方面[83]。
近年来，通过不断地技术更新和研究开发，我国变压吸附技术日新月异，发展迅速，与世界先进水平之间的差距不断缩小。
变压吸附制氧机原理和流程
变压吸附制氧机原理和流程变压吸附制氧机（Pressure Swing Adsorption Oxygen Generator）是一种利用分子筛技术制取氧气的设备，其主要原理是通过空气中的分子筛吸附氮气、二氧化碳等杂质，从而分离出高纯度的氧气。
该设备广泛应用于医疗、工业等领域。
原理变压吸附制氧机的制氧原理主要基于吸附剂对空气中杂质气体的选择性吸附特性。
在变压吸附制氧机中，主要分为两个工作区：吸附区和解吸区。
吸附区：吸附区主要是由分子筛吸附杂质气体，分子筛是一种高孔隙度的材料，其孔径可以控制在分子尺度。
分子筛中的小孔可以选择性地吸附氧气、氮气、二氧化碳等气体，从而实现气体分离。
在吸附区，通过高压空气的进入，使氧气、氮气、二氧化碳等气体在分子筛中发生吸附作用，从而将氮气、二氧化碳等杂质气体吸附下来，而高浓度的氧气则通过分子筛，流入解吸区。
解吸区：解吸区主要是通过降低压力，使分子筛释放吸附的氮气、二氧化碳等杂质气体，使分子筛再次具有吸附气体的能力。
在解吸区，通过减压作用，使分子筛释放吸附的氮气、二氧化碳等杂质气体，从而使分子筛再次具有吸附气体的能力，为下一轮的吸附提供条件。
流程变压吸附制氧机的流程主要分为压缩空气净化、制氧和制氮三个步骤。
压缩空气净化：压缩空气净化是变压吸附制氧机的前置处理，其目的是去除空气中的水分、油分、杂质等。
在压缩空气净化过程中，采用过滤器、冷凝器、干燥器等设备对空气进行净化处理，以保证后续制氧的质量。
制氧：制氧是变压吸附制氧机的核心步骤。
在该步骤中，经过压缩空气净化处理的空气进入变压吸附器，经过吸附区和解吸区的交替作用，从而分离出高浓度的氧气。
制氧的流程主要包括增压、吸附、减压和解吸四个步骤。
制氮：制氮是变压吸附制氧机的副产品，其原理与制氧类似，只是在吸附区和解吸区中，通过分子筛选择性吸附氧气，从而分离出高浓度的氮气。
制氮的流程与制氧类似，只是在吸附和解吸时选择性吸附不同的气体。
变压吸附制氧技术方案
变压吸附制氧技术方案一、工作原理变压吸附制氧技术利用固体吸附剂的吸附选择性，将氧气从空气中分离出来。
一般来说，吸附剂的选择主要考虑两个因素，即吸附剂对氮气和氧气的吸附能力以及两者的吸附速度的差异。
常用的吸附剂有分子筛、活性炭、沸石等。
在工作过程中，空气经过空气压缩机提高压力，并进入变压吸附装置。
在装置中，空气通过吸附剂的固定层，氧气被吸附剂选择性吸附，而氮气则几乎不被吸附。
吸附过程一般分为两个步骤，即吸附和脱附。
吸附过程中，氧气被吸附到吸附剂的表面，而氮气通过吸附剂层。
当吸附剂饱和时，需要进行脱附过程，将附着在吸附剂上的氧气释放出来。
释放后的氧气通过气体处理设备进行净化，最终得到高纯度的制氧。
二、设备结构1.压缩空气源：用于提供高压的空气。
一般采用螺杆空气压缩机或活塞空气压缩机。
2.变压吸附装置：包括至少两个吸附器，用于完成吸附和脱附的过程。
吸附器一般通过阀门循环交替工作。
3.气体处理装置：用于处理脱附后的氧气，包括除湿、除尘、除油等处理。
4.储氧装置：用于储存制氧后的氧气。
一般采用储氧罐或气体瓶。
三、优缺点1.优点：（1）无需高纯度气体，直接从空气中提取氧气，减少了其他制氧方式所需的氧气源；（2）操作简单，设备结构紧凑，占地面积小；（3）可连续工作，实现稳定的氧气产量；（4）工艺成熟，生产技术相对成熟，市场验收度较高。
2.缺点：（1）设备成本较高；（2）吸附剂需定期更换，增加了运行成本；（3）对环境湿度和温度要求较高。
四、发展前景变压吸附制氧技术在医疗、工业和航空等领域具有广阔的应用前景。
在医疗领域中，越来越多的医院和家庭开始使用制氧机，以满足患者的氧气需求。
在工业领域中，制氧技术被广泛应用于焊接、切割等工艺过程中。
在航空领域中，制氧技术有望应用于飞机上，以提高飞机高原、高空等特殊环境下的氧气供应能力。
综上所述，变压吸附制氧技术以其高效、可靠的特点在不同领域得到了广泛应用。
随着技术的不断进步和成本的降低，相信变压吸附制氧技术将会在未来有更大的发展空间。
变压吸附空分制氧过程非等温模拟
２０ 年第 ４期 ０６ 总第 １２期 ５
低
温
工
程
Ｎ ． ２０ ｏ４ ０６
Ｓ ｍ Ｎｏ ５ ｕ ．１ ２
ＣＲ Ｙ０ＧＥ ＣＳ ＮＩ
变 压 吸 附 空分 制 氧 过 程 非 等 温 模 拟
戴先知 刘应 书
（ 北京科 技大学机械工程学 院气体 分离工程研究所 北京 １０ ８ ） ０ ０ ３
１ 引 言
条件 的不 同而 变化 。 因此 ， 用实 验 手段 全 面 系统地 采
研究变压吸附过程困难多 、 局限大 。数学模型作为一
种研 究 系统 的本 质 特征 及其 内在 联 系 的方法 ， 与实 验 相 比 ， 有 简 易 、 约 的优点 ， 具 节 较适 合 于 变压 吸 附过程 的分析 研究 ， 为 变 压 吸 附研 究 领 域 的 一 个 重 要 分 成
ｅ ｕｉ ｑ ｐｍｅ ｔ ｎ．
Ｋｅ ｒ ｙ ｗｏ ｄｓ： ｒ ｓ ｕ ｅ ｓ ｎ ｄ ｏ ｔｏ ｐ ｅ ｓ ｒ ｗｉ ｇ ａ ｓ ｒ ｉｎ；ｏ ｙ ｅ ｒ ｄ ｃ ；ｎ ｎ－ｓ ｔｅ ｍａ ｉ ａ ｉ ｎ；ｎ ｍｅ ｉａ ｉ ｌ － ｐ ｘ ｇ ｎ ｐ ｏ ｕ ｔ ｏ ｉｏｈ ｒ ｌｓｍｕｌｔｏ ｕ ｒｃ ｌｓｍｕ ａ
Ｄａ ａ ｚ Ｌｉ ｎ ｓ ｕｉ ｉＸｉｎ ｈｉ ｕ Ｙｉ ｇ ｈ
（ｎｔｕｅｏ ａ ｅａａｉ ｎｉｅｒ ｇ ｃｏｌ ｆ ｃａｉａ Ｅ ｇｎｅ ｎ ， ｉ ｒｉ ｆ Ｉｓｔｔ ｆＧ ｓＳｐｒｔｎＥ ｇｎ ｅｉ ，Ｓｈｏ ｈ ｎｃｌ ｎｉｅｒ ｇ Ｕｎ ｅｓｙｏ ｉ ｏ ｎ ｏ Ｍｅ ｉ ｖ ｔ ＳｉｎｅａｄＴ ｃｎｌｇ ｅ ｉ ， ｅｊ ｇ１０ ８ ，Ｃ ｉａ ｃ ｃ ｎ ｅｈ ｏｏｙＢ ｉｎ Ｂ ｉｎ ００ ３ ｈｎ ） ｅ ｊｇ ｉ
双塔微型变压吸附制氧机实验和模拟
双塔微型变压吸附制氧机实验和模拟田涛;刘冰;石梅生;安亚雄;马军;张彦军;徐新喜;张东辉【摘要】A small two-bed pressure swing adsorption oxygen generator was designed and a series of experiments were carried out in the low-pressure cabin. The influences of structure and operating parameters were investigated simultaneously. The mathematic model of oxygen production process was established. The model was matched with the experiment results to verify the accuracy of the model. Numerical simulation and simulation researches were carried out to determine the relevant intrinsic parameters and external factors on the process of oxygen production and the effect of oxygen production. Performance of oxygen generator at different altitudes with different operating conditions, design parameters and operating parameters were studied to improve the oxygen production efficiency and reduce the manufacturing and operating costs of oxygen generator.%设计一种两吸附床小型PSA制氧机,并在低压舱内模拟海拔高度对两吸附床小型PSA制氧机的影响,同时对结构参数以及操作参数的影响进行考察,建立制氧工艺流程数学模型,通过实验对比,微调模型使之与实际相符,验证模型的准确性,并开展数值仿真与模拟研究,以确定相关的内在参数及外部因素对制氧过程及制氧效果等性能指标的影响规律,得到不同海拔不同工况下,较优的设计参数和操作参数,从而提高制氧效率,降低制氧机的制造和运行成本.【期刊名称】《化工学报》【年(卷),期】2019(070)003【总页数】10页(P969-978)【关键词】微型变压吸附;数值模拟;模型;高原海拔;空气分离;实验验证【作者】田涛;刘冰;石梅生;安亚雄;马军;张彦军;徐新喜;张东辉【作者单位】军事科学院系统工程研究院卫勤保障技术研究所, 天津 300161;天津大学化工学院, 化学工程联合国家重点实验室, 天津 300072;军事科学院系统工程研究院卫勤保障技术研究所, 天津 300161;天津大学化工学院, 化学工程联合国家重点实验室, 天津 300072;军事科学院系统工程研究院卫勤保障技术研究所, 天津300161;军事科学院系统工程研究院卫勤保障技术研究所, 天津 300161;军事科学院系统工程研究院卫勤保障技术研究所, 天津 300161;天津大学化工学院, 化学工程联合国家重点实验室, 天津 300072【正文语种】中文【中图分类】TQ028.1引言与传统变压吸附(pressure swing absorption,PSA)循环简单，产品气浓度和回收率较低相比，快速变压吸附(rapid pressure swing absorption,RPSA)具有周期短、单位产气量所需吸附剂量少等优点，基于微型快速变压吸附分离原理的小型制氧机，具有设备简单、稳定性较好、出氧量大、纯度可调等优点，广泛应用于家庭保健、医疗救治、高原供氧等领域[1-5]。
变压吸附法制氧
变压吸附法制氧变压吸附法（Pressure Swing Adsorption, PSA）是一种常见的制氧方法，通过利用吸附剂对气体分子的选择性吸附来实现气体的分离和浓缩。
在制氧过程中，变压吸附法已被广泛应用，具有高效、节能、环保等优点。
变压吸附法制氧的基本原理是利用吸附剂对气体分子的亲和力差异进行分离。
一般来说，吸附剂是一种多孔材料，具有高度发达的孔结构。
当气体通过吸附剂时，根据气体分子与吸附剂之间相互作用力的大小不同，气体分子会以不同的速率被吸附。
通过调节吸附剂的压力和温度，可以实现对不同气体分子的选择性吸附和解吸，从而实现气体的分离和纯化。
制氧过程中，变压吸附法通常包括两个主要步骤：吸附和解吸。
吸附过程是将气体经过吸附剂床，其中富含氧气分子被吸附，而其他气体分子被忽略。
解吸过程是通过降低吸附剂的压力和提高温度，使吸附剂释放出吸附的氧气分子，以实现氧气的纯化和浓缩。
实际的变压吸附法制氧系统通常由两个吸附塔组成，其中一个塔吸附氧气，另一个塔解吸和再生。
在吸附塔中，气体通常从底部进入，并通过吸附剂床向上流动，直至达到顶部。
当一个吸附塔饱和后，需要通过改变压力和温度来实现吸附剂的再生。
这时，另一个吸附塔开始吸附氧气，而饱和的吸附塔则释放氧气并进行再生，以确保系统的连续运行。
在变压吸附法制氧过程中，吸附剂的选择至关重要。
一般来说，选择的吸附剂应具有高的氧气吸附容量和选择性，以确保高效的氧气分离和纯化。
常用的吸附剂包括活性碳、分子筛等。
变压吸附法制氧具有许多优点。
首先，它能够高效地分离氧气，达到高纯度和高浓度的氧气。
其次，与传统的制氧方法相比，变压吸附法能够节约能源，减少能源消耗和生产成本。
此外，由于不需要使用液体氮等冷却剂，变压吸附法还具有环保的特点。
然而，变压吸附法制氧也存在一些限制。
首先，吸附过程中产生的废气需要进行处理，以避免对环境造成污染。
其次，制氧设备的建设和维护成本较高，需要投入较大的资金和人力资源。
分子筛变压吸附研究报告word精品文档11页
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2019年10月计划完成时间2019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 SieveAbstractThe key factor of the pressure swinging oxygen making is oxygen adsorbent and oxygen process. The quality and service life of oxygen adsorbent direct impact on the oxygen concentration and yield of product gas, nitrogen adsorption capacity of the oxygen sorbent performance evaluation of the merits of an important indicator.This paper first do XRF analysis, XRD and TEM characterization of physical and chemical properties of molecular sieve inquiry to determine the impact on molecular sieves conditions.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 air separation 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 (2)2.3 分子筛TEM表征 (3)2.4 分子筛孔隙率实验 (3)2.4.1 失活实验 (3)2.4.2 活化实验 (4)2.4.3 差热曲线 (4)3 ANSYS FLUENT模拟 (4)3.1 模型建立 (4)3.2 模拟结果 (6)3.2.1压力云图 (6)3.2.2 速度云图 (6)3.2.3 温度云图 (6)4 FLUENT模拟结论 (6)参考文献 (6)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。
变压吸附制氧工艺流程
变压吸附制氧工艺流程
变压吸附制氧工艺是一种通过变压吸附技术来提取空气中氧气的方法。
其工艺流程如下：
1. 空气压缩：将空气通过压缩机进行压缩，以增加其密度和浓度。
2. 冷却除湿：压缩后的空气经过空气冷却器进行冷却，将其中的水蒸气凝结成水分离出去，以降低吸附剂的湿度。
3. 净化：通过过滤器和干燥剂等净化设备，去除空气中的杂质和油污。
4. 空气分离：将净化后的空气进入变压吸附机，吸附剂通过吸附作用选择性地吸附空气中的氮气，从而使氧气向出口流动。
5. 熔解：将制出来的高纯度氧气通过加热方式达到液体状态。
6. 储存：将液态氧气进行储存，方便以后用于不同的工业和医疗领域。
以上就是变压吸附制氧工艺流程，需要注意的是，在吸附剂饱和后，需要进行脱附和再生操作，将其重新恢复到可用状态。
变压吸附空气分离过程的动态模拟
( i = 1, 2, …, n ) ( 9)
氮气质量衡算:
[ C B , i- 1 (V
Байду номын сангаасi- 1
+ F i- 1 ) - C B , i (V i + F i-
1
+ F i ) + C B , i+ 1 F i ]S Ε= S Ε ∃Z
dC B , i dt
)Α + S (1 - Ε ∃Z
收稿日期: 1997207229。 作者简介: 杨春育, 1968 年毕业于北京化工大学化学工程专业, 副教授, 发表论文20 余篇, 主持的研究项目中有三项通过省 部 级鉴定, 获奖一项。
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图2 单床三步骤变压吸附气体分离流程图
骤。 当出口气中氧气摩尔浓度低于27% 时, 关闭出口 端阀门, 同时关闭进口端进气阀门, 打开进口端排
述固定床的轴向返混[ 7 ]。 由于氧气和氮气在 5 A 型 分子筛上的吸附量较小, 分离过程可以看作是等温 的。
图3 改进混合池模型
模型中, 每个混合池中的气体都以主体流相、 吸 附剂孔内气体相及被吸附相三种状态存在, 在这三 相内部浓度分布均匀, 不存在浓度梯度。 吸附剂内气 体相与被吸附相之间处于瞬时平衡状态。 主体流相 和吸附剂内气体相之间依靠扩散完成物质交换。 3. 1 吸附等温线 氧气在分子筛上的吸附等温线在变压吸附分离 过程的压力变化范围内 ( 0 ～ 0. 6 M Pa ) 可以看作是 线性, 而氮气的吸附等温线只能在很狭窄的范围内 (0 ～ 0. 02 M Pa ) 才能看作是线性, 所以氧气的等温 线以线性表示而氮气的等温线则被看作 L angm u ir 型。
两床变压吸附空分制氧过程的模拟
( ’
& "
& " ( .!$ % ’ ’
比 （? ／ ） D -冲洗步骤耗氧量 ／ 吸附步骤出氧量 ； 5 ! 产率-单位循环中产品气的氧量 （7 ） ／ ［吸附剂的 8 9 量 （G ） ／ ／ ） 6每小时的循环数］（7 8 9 G H : :
［ ，］ ! ’ ! 数学模型 (=
其中等温线常数与温度有关， 可以表述为：
) : 吸附剂形状 吸附剂平均半径 3 ／A (0 吸附柱尺寸 ／ 0 A
’ 颗粒密度" ／／ A ( D0 ’ 填充密度" ／ ／ 0 A D B
柱形 & = & 7 ! ( = , C & = " " ) & $ = $ + & = + $ ( & =’ 7 & = ) $ , + = , ’ & = ) & "
第(期
王啸等： 两床变压吸附空分制氧过程的模拟
% (
氮、 氧在! " #和$ % #下的吸附等温线见图!和 图$ 。
氮、 氧的模型参数 ( ， …( ，是通过不同温度 ( 3 下吸附平衡等温线进行拟合得到， 并计算出氮、 氧的 吸附热见表( 。
表( 空气中 4 & 沸石上的吸附平衡参数 !和5 ! 在% ／ 3 . 4 1 ) ( $ % & ’ ( ) * +5 . * . + ) ’ ) * % . 6 78 9 !: & ) , , " : " ) 6 ’ % & ,2 ! ! & , . " * , & * % /0 ) & 1 " ’ )2 !
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48
低 温 工 程
2006 年
支 。然而以往的数学模型大多采用了等温假设 ,使其 模拟精度和应用范围都受到了一定的局限 ; 而且随着 [ 1 ～2 ] 一些新型富氧吸附剂的出现 ,吸附热效应越来越 大 ,而且对于大型的变压吸附装置 , 吸附热效应也更 加明显 。因此 ,考虑吸附热的影响 , 对 PSA 制氧过程 进行非等温模拟 ,揭示了吸附时间 、 吸附床高度 、 吸附 压力 、 清洗比 、 进气流速等参数对过程性能的影响 ,对 于深入了解变压吸附制氧的机理 ,优化工艺流程具有 重要的理论和实际意义 。
= 0,
z=0
F ig. 3 Exper i m en t equ ipm en t of PSA for separa tin g oxygen from a ir
= 0, v | z = L = 0
z =L
反吹阶段 : 9y 9y = 0, DL 9z z = 0 9z
= vL ( y | z =L + - y | z =L )
1 +
∑
i
bi ci
[5]
( 4)
其中 ,吸附平衡系数 b与温度的关联采用下式
b = b0 e
-ΔH /R T
:
( 5)
上述方程是一组偏微分方程组 ,是空间和时间的 函数 ,必须数值求解 。首先要将偏微分方程在空间和 时间上进行离散化 ,本文采用控制容积积分法对方程 进行离散化 ,选择内结点法 , 这样就得到一组线性方 程 ,且质量守恒方程和能量守恒方程的系数矩阵都是 三对角矩阵 。计算此代数方程组采用 TDMA 算法 , 计算程序采用 M atlab语言编写 。
条件的不同而变化 。因此 ,采用实验手段全面系统地 研究变压吸附过程困难多 、 局限大 。数学模型作为一 种研究系统的本质特征及其内在联系的方法 ,与实验 相比 ,具有简易 、 节约的优点 ,较适合于变压吸附过程 的分析研究 , 成为变压吸附研究领域的一个重要分
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2 2 其中 : Aw = π ( R bo - R bi ) ,式中 : R bo为吸附塔的 外半径 , R bi为吸附塔的内半径 , h0 为自然对流传热系 数 , To 为环境温度 。 2. 3 模型的定解条件 ( 1 ) 边界条件
采用 Danckwerts 边界条件 , 根据本循环的特 点 ,确定边界条件如下 : 升压和吸附阶段 : 9y 9y DL = - vH ( y | z = 0 - y | z = 0 - ) , =0 9z z = 0 9z z =L 9T KL = - v | z = 0ρ g Cpg ( T | z = 0 - - T | z = 0 ) 9z z = 0 9T Q = 0, v | z = 0 = vH , v | z =L = 0 9z z =L 降 压 阶 段 : 9T 9z 9y 9z
1 引 言
变压吸附 ( PSA ) 分离空气制氧过程是一个动态 过程 ,体系的压力 、 纯度和温度等参数复杂多变 ,变压 吸附工艺流程及装置因产品的数目及要求不同 、 环境
收稿日期 : 2006 2 03 2 13; 修订日期 : 2006 2 07 2 16 作者简介 : 戴先知 ,女 , 26 岁 ,硕士 。
z =L
3. 2 模拟结果与实验结果的比较
( T | z = 0 - ) purge = ( T | z =L ) adso rp tion , v | z =L = vL ( vL < 0 )
( 2 )初始条件 初始条件对循环达到稳定状态时的计算结果没 有影响 ,采用饱和床或干净床作为初始条件均可以 , 本文采用干净吸附床作为初始条件 。 ci ( z, 0 ) = 0; qi ( z, 0 ) = 0; T ( z, 0 ) = T0 联立方程 ( 1 ) ～ ( 4 ) 、( 6 ) 、( 7 ) 加上模型的定解 条件 ,就构成了变压吸附制氧过程的数学模型 。 2. 4 数学模型的求解
3 模拟结果的实验验证 3. 1 变压吸附制氧过程的实验
( 4 )能量守恒方程 气固相能量守恒方程为 : 2 9T 9T 9v + 1 - ε 9T - KL = 2 + Cg v +T Cg + C ε s 9t 9z 9z 9z
-
∑
i
( - ΔH i )
2 hi - ε 9qi ( T - Tw ) = 0 ( 6 ) + ε 9 t εrin
2 数学模型建立与求解 2. 1 PSA 制氧过程的物理模型
如图 1 所示 , PSA 制氧过程的吸附器一般为管型 结构 。吸附器内部装填球状的 5A 沸石分子筛 , 分子 筛床层上下两端采用分流板固定 。在气体吸附和脱 附过程中 ,分子筛颗粒位置固定不动 , 而气流在分子 筛颗粒间隙中流动 ,传质在气相和分子筛吸附相之间 进行 ,属于固定床吸附模式 。随着气相组分与分子筛 颗粒之间的传质 ,即吸附或脱附过程的进行 , 气流的 速度沿吸附床轴向不断变化 。利用 5A 沸石分子筛 分离空气制氧是基于平衡吸附分离作用的过程 。实 [3] 际过程常采用两床 Skarstrom 循环 , 循环过程见图 2。循环过程包括 4 个步骤 : 升压阶段 、 吸附阶段 、 降 压阶段 、 清洗阶段 。
= 0,
z=0
[5]
图 3 变压吸附制氧过程实验装置
1. 过滤器 ; 2. 压缩机 ; 3. 冷却器 ; 4. 压力表 ; 5. 电磁阀 ; 6. 吸附
9y 9z
= 0,
z =L
9T 9z
器 ; 7. 节流阀 ; 8. 三通阀 ; 9. 单向阀 ; 10. 储气罐 ; 11. 电磁阀控制 线 ; 12. 温度信号 ; 13. 控制板 ; 14. 温度采集卡 ; 15. 计算机 。
2006 年第 4 期 总第 152 期
低 温 工 程
CRYOGEN I CS
No14 2006 Sum No1152
变压吸附空分制氧过程非等温模拟
戴先知 刘应书
(北京科技大学机械工程学院气体分离工程研究所 北京 100083)
摘 要 : 建立了变压吸附空分制氧过程非线性 、 非等温模型 ,并进行了数值模拟 ,计算结果与实测 值吻合较好 。在此基础上探讨了变压吸附过程中床层内温度和体积分数的动态行为 , 考察了吸附时 间、 吸附床高度 、 进气流速 、 清洗比等工艺参数对过程性能的影响 。结果显示 ,对于本研究中的小型变 压吸附装置 ,吸附热对产品气的影响不太大 。 关键词 : 变压吸附 制氧 非等温模型 数值模拟 中图分类号 : TB662 文献标识码 : A 文章编号 : 1000 2 6516 ( 2006 ) 04 2 0047 2 07
向的分布忽略不计 ; ( 2 )忽略吸附床轴向的压降 , 升压和降压阶段床 内总压随时间为抛物线关系 ,吸附和脱附步骤中床内 总压保持不变 ; ( 3 )空气是由氧 、 氮 2 种气体构成 (氧 /氮 = 21 / 79 )的双组分理想气体 ; ( 4 ) 气体组分的吸附等温线采用扩展的 Lang2 muir 方程描述 ; ( 5 )气相流动采用轴向扩散流动模型描述 ; ( 6 )考虑由于吸附作用而导致的流速变化 ; ( 7 )吸附速率采用线性驱动力 (LDF )模型 ; ( 8 ) 考 虑吸 附热 并假 设气 固 相 瞬 时 达 到 热 平 [4] 衡 。 2. 2 数学模型的控制方程 由上述假设可将问题简化为一维非等温模型 ,描 述 PSA 分离空气制氧过程的控制方程如下 : ( 1 )物料平衡方程 气相组分质量守恒方程 : 2 9ci 9 ci 9 ( vci ) 1 - ε 9qi ( 1) - DL + =0 2 + ε 9t 9t 9 z 9z 气相总质量守恒方程 : 9 qB 9v 1 9p 1 - ε R g T 9 qA ( ) ( 2) + =+ ε 9z p 9t p 9t 9t ( 2 )吸附速率方程 9 qi 3 ( 3) = ki ( qi - qi ) 9t
Non 2isotherma l si m ula tion of pressure sw in g adsorption for separa tin g oxygen from a ir
Dai Xianzhi L iu Yingshui
( Institute of Gas Separation Engineering, School of Mechanical Engineering, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China)
图 2 PSA 分离空气制氧循环
F ig. 2 PSA cycle for separa tin g oxygen from a ir
图 1 吸附器结构示意图
F ig. 1 Adsorption bed structure
为了建立数学模型 ,必须对实际的变压吸附过程 进行必要的简化 。采取以下假设 : ( 1 )气体速度 、 压力和组分体积分数沿吸附床径
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第 4期
变压吸附空分制氧过程非等温模拟
49
( 3 )吸附等温线方程
qi
3
qi s
=
bb0 h0 ( T0 - Tw ) 2
9Tw πR bi hi ( T - Tw ) + =2 9t ( 7)
图 3 为变压吸附制氧过程的实验装置 。其实验 条件为 : 吸附床高度为 400 mm , 进气流量为 46 L / m in,吸附压力为 2. 5 M Pa,脱附压力为 0. 1 M Pa,吸附 塔内径为 77 mm ,外径 80 mm ,塔内装有 5A 沸石分子 筛 ,环境温度为 286 K。