分子筛吸附原理教学文案.docx
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分子筛吸附原理教学文案
分子筛吸附原理
分子筛吸附原理
吸附是一种把气态和液态物质(吸附质)固定在固体表面(吸附剂)上的物理现象,这种固体(吸附剂)具有大量微孔的活性表面,吸附质的分子受到吸附剂表面引力的作用,从而固定在上面。
引力的大小取决于:
-吸附剂表面的构造(微孔率);
-吸附质的分压;
-温度。
吸附伴随着放热,是一种可逆的现象。
类似于凝结:
-如果增加压力。
吸附能力增加;
-降低温度,吸附能力增加。
因此,在吸附时,要使压力升到最高,温度降到最低。
解吸时,则要使压力降到最低,温度升到最高。
带有吸附床的净化工艺
也叫空气净化的“干燥-脱除CO2”工艺。
为使空气获得较低的净化前温度,常用制冷机组或空气水冷塔对其进行降温。
(图中的“X10”表示预冷设备。
)
净化装置位于空气压缩机、空气预冷系统之后,为了保持净化器工作的连续性,需要使用两台吸附器。
当一台工作时(即正在脱除H2O与CO2),另一台处于再生状态。
吸附阶段
由于氧化铝吸附CO2的效果很差,故它主要用于吸附H2O,而位于其后的分子筛则处理干燥后含有CO2的空气。
注:
分子筛具有很强的吸水性,因此,在吸附和再生期间绝不能让分子筛与水份接触而降低其吸附CO2的能力。
如果有意外情况发生使水份带入了分子筛,惟有高温特殊再生(见10章)才能够使其恢复原有的吸附性能。
下图显示了吸附质在临近穿透的时刻(在吸附阶段结束),CO2与H2O在两种吸附床层中及给定时间内的含量分布图。
吸附器必须在吸附质的前锋抵达吸附出口之前进行再生(即在穿透之前)。
再生阶段:
再生就是利用压力和温度两方面的因素,将吸附器里的吸附质排出去。
首先,将吸附器降压至较低的压力(大气压力)。
用加热的干燥气体,解吸并带走所吸附的吸附质。
然后,用未加热的干燥气体,将热端面推向铝胶床层,直至其出口,这样。
吸附剂又恢复到随之而来的吸附阶段时的正常温度。
过程见图示:
吸附器1
吸附器2
即为:
-吸附净化;
-降压;
-用加热的干气体吹扫吸附器;
-用未经加热的干气体吹扫吸附器;
-升压。
在有其他中间过程的大型装置中,该循环过程可能更为复杂。
下表列出了大型装置的各个阶段,并附有步进条件。
吸附器1FORBOTTLE1
阶段
该阶段结束的条件
备注
1
并联
阀门动作完成
2
空气切断
阀门动作完成
3
降压
低压联锁(PSL)的时间延续
4
吹除
阀门动作完成
调节流量
5
加热
时间延续
电或蒸汽加热安全的低温联锁(TSL)
6
冷却
时间延续
高温切断联锁控制(TSH)
7
污氮切断
阀门动作完成
8
升压
低压差联锁(PDSL)的时间延续
9
待用
切换周期的时间延续
各步逐可以由下面的图示说明。
例如:
-吸附器R01处于再生状态;
-吸附器R02处于工作状态。
第八步
吸附器R01:
升压状态
吸附器R02:
吸附状态
阀门动作:
V11:
打开
步进条件:
PDSL-1:
无压差
报警
调节
为了减少热量损耗和机械疲劳,最好使吸附器切换的循环周期尽可能长,而升压和降压时间尽可能短,以减少再生后的等待时间。
注:
吸附器升压、降压时间缩短的可能性,应使气流在吸附器内的穿行速度不超出允许范围,以减少机械损耗。
调节再生气的流量是为了能在要求的时间内完成吸附剂的再生。
调整安全的加热温度。
调节加热的时间,以便使吸附器出口气流温度实际超过要求的温度(峰值t2,t3,t4,)。
调节PDSL和PSL到20kPa。
在再生期间,再生气流在吸附器进、出口处的温度分布,见于下图:
从吸附器入口曲线,可以识别出加热阶段和冷却阶段。
温度曲线中的衰减部份是由于
再生吸附器上游的金属余热而形成的(管道,无旁通的加热器)。
吸附器出口的温度曲线,依次对应着各个再生步骤(在该再生过程中CO2的解吸不重
要,固不考虑)。
当时间达到t1时,吸附器的热端面的前锋还未抵达水份饱和的吸附区域,水的解吸是在冷状态下进行。
在时间处于t1和t2之间时,热端面的前锋已经抵达水份饱和的吸附域,水份的解吸现在已是在热状态下进行了,并且解吸加剧。
从再生开始起,吸附器出口的气流中,水份就是饱和的。
当到达t2时,水份已被完全解吸,导入吸附器的过剩热量以“热峰”的形式呈现出来
(t2,t3,t4)。
到t3时刻,冷却开始,进入吸附器的冷端面前锋随即在出口呈现出来。
出吸附器的气流温度以类似于吸附器冷却时的入口温度的规律递减。
并趋近于冷却温度Tref,当其与Tref的温差达到时,再生便告完成。
虚线示意的是使用完全干燥的吸附剂时吸附器出口的温度曲线。
“典型”故障
-阀门故障(堵塞,泄漏等);
-升压和降压期间,由于压力调节开关动作失常导致循环中止;
-蒸汽加热器泄漏,导致再生气流含湿(由水份分析控制);
-加热与冷却超时(再生气量不足);
-再生温度太低(再生气量太大);
-两台吸附器的压降不等,切换行期间引起进冷箱空气冷箱的压力波动,给装置调节带来困难;
-吸附剂破损现象,即由于受气流冲击使吸附剂颗粒破碎,形成粉尘(降压,升压速度过快)。
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