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《實(shí)驗(yàn)十五 碳分子篩變壓吸附提純氮?dú)狻酚蓵?huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫(kù)。
1、實(shí)驗(yàn)十五碳分子篩變壓吸附提純氮?dú)饫枚嗫坠腆w物質(zhì)的選擇性吸附分離和凈化氣體或液體混合物的過(guò)程稱為吸附分離。吸附過(guò)程得以實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)是固體表面過(guò)剩能的存在，這種過(guò)剩能可通過(guò)范德華力的作用吸引物質(zhì)附著于固體表面，也可通過(guò)化學(xué)鍵合力的作用吸引物質(zhì)附著于固體表面，前者稱為物理吸附，后者稱為化學(xué)吸附。一個(gè)完整的吸附分離過(guò)程通常是由吸附與解吸（脫附）循環(huán)操作構(gòu)成，由于實(shí)現(xiàn)吸附和解吸操作的工程手段不同，過(guò)程分變壓吸附和變溫吸附，變壓吸附是通過(guò)調(diào)節(jié)操作壓力（加壓吸附、減壓解吸）完成吸附與解吸的操作循環(huán)，變溫吸附則是通過(guò)調(diào)節(jié)溫度（降溫吸附，升溫解吸）完成循環(huán)操作。變壓吸附主
2、要用于物理吸附過(guò)程，變溫吸附主要用于化學(xué)吸附過(guò)程。本實(shí)驗(yàn)以空氣為原料，以碳分子篩為吸附劑，通過(guò)變壓吸附的方法分離空氣中的氮?dú)夂脱鯕猓_(dá)到提純氮?dú)獾哪康?。A實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）了解和掌握連續(xù)變壓吸附過(guò)程的基本原理和流程；（2）了解和掌握影響變壓吸附效果的主要因素；（3）了解和掌握碳分子篩變壓吸附提純氮?dú)獾幕驹?；?）了解和掌握吸附床穿透曲線的測(cè)定方法和目的。B實(shí)驗(yàn)原理物質(zhì)在吸附劑（固體）表面的吸附必須經(jīng)過(guò)兩個(gè)過(guò)程：一是通過(guò)分子擴(kuò)散到達(dá)固體表面，二是通過(guò)范德華力或化學(xué)鍵合力的作用吸附于固體表面。因此，要利用吸附實(shí)現(xiàn)混合物的分離，被分離組分必須在分子擴(kuò)散速率或表
3、面吸附能力上存在明顯差異。碳分子篩吸附分離空氣中N2和O2就是基于兩者在擴(kuò)散速率上的差異。N2和O2都是非極性分子，分子直徑十分接近（O2為0.28nm，N2為0.3nm），由于兩者的物性相近，與碳分子篩表面的結(jié)合力差異不大，因此，從熱力學(xué)（吸收平衡）角度看，碳分子篩對(duì)N2和O2的吸附并無(wú)選擇性，難于使兩者分離。然而，從動(dòng)力學(xué)角度看，由于碳分子篩是一種速率分離型吸附劑，N2和O2在碳分子篩微孔內(nèi)的擴(kuò)散速度存在明顯差異，如：35℃時(shí)，O2的擴(kuò)散速度為2.0×106，O2的速度比N2快30倍，因此當(dāng)空氣與碳分子篩接觸時(shí)，O2將優(yōu)先吸附于碳分子篩而從空氣中分離
4、出來(lái)，使得空氣中的N2得以提純。由于-81--81-該吸附分離過(guò)程是一個(gè)速率控制的過(guò)程，因此，吸附時(shí)間的控制（即吸附－解吸循環(huán)速率的控制）非常重要。當(dāng)吸附劑用量、吸附壓力、氣體流速一定時(shí)，適宜吸附時(shí)間可通過(guò)測(cè)定吸附柱的穿透曲線來(lái)確定。所謂穿透曲線就是出口流體中被吸附物質(zhì)（即吸附質(zhì)，本實(shí)驗(yàn)中為氧氣）的濃度隨時(shí)間的變化曲線。典型的穿透曲線如下圖所示，由圖可見(jiàn)吸附質(zhì)的出口濃度變化呈S形曲線，在曲線的下拐點(diǎn)（a點(diǎn)）之前，吸附質(zhì)的濃度基本不變（控制在要求的濃度之下），此時(shí)，出口產(chǎn)品是合格的。越過(guò)下拐點(diǎn)之后，吸附質(zhì)的濃度隨時(shí)間增加，到達(dá)上拐點(diǎn)（b點(diǎn)）后趨于進(jìn)口濃度，
5、此時(shí)，床層已趨于飽和，通常將下拐點(diǎn)（a點(diǎn)）稱為穿透點(diǎn)，上拐點(diǎn)（b點(diǎn)）稱為飽和點(diǎn)。通常將吸附質(zhì)出口濃度達(dá)到進(jìn)口濃度的95%的點(diǎn)確定為飽和點(diǎn)，而穿透點(diǎn)的濃度應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品質(zhì)量要求來(lái)定，一般略高于目標(biāo)值。本實(shí)驗(yàn)要求N2的濃度≥95%，即出口O2應(yīng)≤5%，因此，將穿透點(diǎn)定為O2出口濃度為4.5%～5.0%。為確保產(chǎn)品質(zhì)量，在實(shí)際生產(chǎn)中吸附柱有效工作區(qū)應(yīng)控制在穿透點(diǎn)之前，因此，穿透點(diǎn)（a點(diǎn)）的確定是吸附過(guò)程研究的重要內(nèi)容。利用穿透點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)間（t0）可以確定吸附裝置的最佳吸附操作時(shí)間和吸附劑的動(dòng)態(tài)吸附量，而動(dòng)態(tài)吸附容量是吸附裝置設(shè)計(jì)放大的重要依據(jù)。動(dòng)態(tài)吸附容量的定義為
6、：從吸附開(kāi)始直至穿透點(diǎn)（a點(diǎn)）的時(shí)段內(nèi)，單位重量的吸附劑對(duì)吸附質(zhì)的吸附量（即：吸附質(zhì)的質(zhì)量/吸附劑質(zhì)量或體積）C預(yù)習(xí)與思考（1）碳分子篩變壓吸附提純氮?dú)獾脑硎裁?（2）本實(shí)驗(yàn)為什么采用變壓吸附而非變溫吸附?(3)如何通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)確定本實(shí)驗(yàn)裝置的最佳吸附時(shí)間?(4)吸附劑的動(dòng)態(tài)吸附容量是如何確定的?必須通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定哪些參數(shù)?(5)本實(shí)驗(yàn)為什么不考慮吸附過(guò)程的熱效應(yīng)?哪些吸附過(guò)程必須考慮熱效應(yīng)?D實(shí)驗(yàn)裝置及流程本實(shí)驗(yàn)裝置及流程見(jiàn)計(jì)算機(jī)控制界面。裝置由兩根可切換操作吸附柱(A、B)構(gòu)成，吸附柱尺寸為，吸附劑為碳分子篩，各柱碳分子篩的裝填量以實(shí)驗(yàn)中的實(shí)際裝填量為
7、準(zhǔn)。來(lái)自空壓機(jī)的原料空氣經(jīng)脫油器脫油和硅膠脫水后進(jìn)入吸附柱，氣流的切換通過(guò)電磁閥由計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制。在計(jì)算機(jī)控制面板上，有兩個(gè)可自由設(shè)定的時(shí)間窗口K1，K2，所代表的含義分別為：K1—表示吸附和解吸的時(shí)間（注：吸附和解吸在兩個(gè)吸附柱交替進(jìn)行）。K2—表示吸附柱充壓和串連吸附操作時(shí)間。解吸過(guò)程分為兩步,首先是常壓解吸，隨后進(jìn)行真空解吸。氣體分析：出口氣體中的氧氣含量通過(guò)CYES-II型氧氣分析儀測(cè)定。E實(shí)驗(yàn)步驟1)實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備：檢查壓縮機(jī)、真空泵、吸附設(shè)備和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)之間的連接是否到位，氧分析儀是否校正，15支取樣針筒是否備齊。2)接通壓縮機(jī)電源，開(kāi)啟吸附裝
8、置上的電源。3)開(kāi)啟真空泵上的電源開(kāi)關(guān)，然后在計(jì)算機(jī)面板上啟動(dòng)真空泵。4)調(diào)節(jié)壓
