變壓吸附提純氮氣條件的優(yōu)化

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1、變壓吸附提純氮氣條件的優(yōu)化(安徽師范大學蕪湖241000)摘要:本文介紹了變壓吸附制氮的原理、吸附劑的選擇、工藝流程、影響變壓吸附的主要因素、結果分析以及條件優(yōu)化。變壓吸附是利用分子篩篩分機理的特性來實現(xiàn)氣體分離的。由于分子運動自由程的不同，氣體分子通過分子篩的孔向孔內(nèi)擴散時所受阻力不同，導致在孔內(nèi)擴散速率不同，宏觀上這種分離體現(xiàn)為氣體被固定于分子篩的孔內(nèi)部被“吸附”。實際操作時，不斷采取“加壓吸附-減壓脫附”循環(huán)方式，因此被形象地稱為“變壓吸附”，其實質(zhì)是基于分子篩孔本身的篩分機理，并非吸附機理。關鍵詞：變壓吸附；分離提純；條件優(yōu)

2、化PSAnitrogenconditionsforpurificationofoptimizationAbstract:ThearticleintroducestheprinciplesofPSAnitrogenmaking,adsorbentselect,theprocess,themainfactorsinfluencingthePSA,theanalysisofresultsandtheconditionsofoptimization.PSAisagasseparationprocessofusingmicroporoussc

3、reeningmechanismofmolecularsieve.Asthefreepathofmolecularmotionisdifferent,theporediffusionresistanceofgasmoleculesthroughthezeoliteporeisdifferent,resultingintheporediffusionratedifferent.Inthispaper,theessenceofPSAseparationmechanismisanalyzed.Keywords:PressureSwingA

4、dsorption;Optimizationseparationandpurification;Optimizingconditions中圖分類號：TQ文獻標志碼：B1.前言1.1變壓吸附原理及特點變壓吸附是利用氣體組分在固體材料上吸附特性的差異以及吸附量隨壓力變化而變化的特性，通過周期性的壓力變換過程實現(xiàn)氣體的分離或提純。變壓吸附分離過程是一種循環(huán)過程，廣泛應用于氣體混合物的分離、精制。它是以壓力為變化參量，在較高壓力下空氣中某種氣體組分被吸附，在較低壓力下被吸附的組分獲得解吸，放出所吸附的氣體組分，從而使吸附劑獲得再生。與其他氣

5、體分離技術相比，變壓吸附具有以下特點：1.能耗低2.產(chǎn)品純度高且可靈活調(diào)節(jié)3.工藝流程簡單4.裝置有計算機控制，自動化純度高，操作方便5.裝置調(diào)節(jié)能力強，操作彈性大6.投資小，操作費用低，維護簡單，使用壽命長7.環(huán)境效益好1.2吸附劑的選擇變壓吸附中吸附劑對不同氣體的吸附特性是不同的。利用吸附劑對混合氣體各組分吸附能力的不同，通過選擇合適的吸附劑就可以達到對混合氣體進行分離提純的目的。同一吸附劑對同種氣體的吸附量，隨著壓力和溫度的變化而變化：壓力越高，吸附量越大；溫度越高，吸附量越小。利用這一特性，可以使吸附劑在高壓或低溫下吸附，通

6、過降壓或升溫使吸附劑上吸附的氣體解吸下來，使吸附劑再生，達到循環(huán)利用的目的。不同分離目的的變壓吸附裝置在吸附劑選型上應遵循如下原則：1.具有較大的平衡吸附量2.具有良好的吸附選擇性3.具有一定的機械強度和耐磨性4.分離組分復雜、類別較多的氣體混合物，常選用幾種吸附劑，這些吸附劑可按吸附分離性能依次分層裝填在同一吸附床內(nèi)或分別裝填幾個吸附床內(nèi)。目前工業(yè)上常用的吸附劑主要有活性炭、活性氧化鋁、硅膠、分子篩等。本實驗選用碳分子篩作為吸附劑，分離效果好?？諝獾淖儔何竭^程是目前碳分子篩的一個主要應用領域。[1]碳分子篩上的空氣分離是基于動力

7、學分離的原理，利用混合物中不同組分的擴散、吸附速率差來實現(xiàn)的。這里，吸附劑是變壓吸附(PSA)技術的基礎和核心，吸附劑的性能決定了整個吸附分離的工藝路線和操作條件，決定了分離效率、再生費用乃至影響整個過程的運轉費用。吸附劑的性能是提高PSA工藝競爭力的關鍵。2.實驗裝置及流程本實驗以空氣為原料、碳分子篩為吸附劑，運用變壓吸附原理，利用含發(fā)達微孔的分子篩對氣體進行選擇性吸附，達到空氣中氮、氧分離的目的。2.1實驗主要設備變壓吸附塔：管徑89mm，壁厚2.8mm，管長1000mm，不銹鋼材料；氮氣檢測儀：型號-PN-60-N2；真空泵：

8、XZ-2型旋片式；空氣壓縮機：EV51；玻璃轉子流量計：LZB-3吸附劑：CMS-180型分子篩2.2實驗流程空氣經(jīng)空氣壓縮機壓縮后具有一定的壓力，經(jīng)過濾除水后進入空氣壓縮罐，再按自動控制閥門的控制進入吸附狀態(tài)的分子篩吸附塔，由于空氣