变压吸附提纯氮气条件的优化

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1、变压吸附提纯氮气条件的优化(安徽师范大学芜湖241000)摘要:本文介绍了变压吸附制氮的原理、吸附剂的选择、工艺流程、影响变压吸附的主要因素、结果分析以及条件优化。变压吸附是利用分子筛筛分机理的特性来实现气体分离的。由于分子运动自由程的不同，气体分子通过分子筛的孔向孔内扩散时所受阻力不同，导致在孔内扩散速率不同，宏观上这种分离体现为气体被固定于分子筛的孔内部被“吸附”。实际操作时，不断采取“加压吸附-减压脱附”循环方式，因此被形象地称为“变压吸附”，其实质是基于分子筛孔本身的筛分机理，并非吸附机理。关键词：变压吸附；分离提纯；条件优

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

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

4、dsorption;Optimizationseparationandpurification;Optimizingconditions中图分类号：TQ文献标志码：B1.前言1.1变压吸附原理及特点变压吸附是利用气体组分在固体材料上吸附特性的差异以及吸附量随压力变化而变化的特性，通过周期性的压力变换过程实现气体的分离或提纯。变压吸附分离过程是一种循环过程，广泛应用于气体混合物的分离、精制。它是以压力为变化参量，在较高压力下空气中某种气体组分被吸附，在较低压力下被吸附的组分获得解吸，放出所吸附的气体组分，从而使吸附剂获得再生。与其他气

5、体分离技术相比，变压吸附具有以下特点：1.能耗低2.产品纯度高且可灵活调节3.工艺流程简单4.装置有计算机控制，自动化纯度高，操作方便5.装置调节能力强，操作弹性大6.投资小，操作费用低，维护简单，使用寿命长7.环境效益好1.2吸附剂的选择变压吸附中吸附剂对不同气体的吸附特性是不同的。利用吸附剂对混合气体各组分吸附能力的不同，通过选择合适的吸附剂就可以达到对混合气体进行分离提纯的目的。同一吸附剂对同种气体的吸附量，随着压力和温度的变化而变化：压力越高，吸附量越大；温度越高，吸附量越小。利用这一特性，可以使吸附剂在高压或低温下吸附，通

6、过降压或升温使吸附剂上吸附的气体解吸下来，使吸附剂再生，达到循环利用的目的。不同分离目的的变压吸附装置在吸附剂选型上应遵循如下原则：1.具有较大的平衡吸附量2.具有良好的吸附选择性3.具有一定的机械强度和耐磨性4.分离组分复杂、类别较多的气体混合物，常选用几种吸附剂，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或分别装填几个吸附床内。目前工业上常用的吸附剂主要有活性炭、活性氧化铝、硅胶、分子筛等。本实验选用碳分子筛作为吸附剂，分离效果好。空气的变压吸附过程是目前碳分子筛的一个主要应用领域。[1]碳分子筛上的空气分离是基于动力

7、学分离的原理，利用混合物中不同组分的扩散、吸附速率差来实现的。这里，吸附剂是变压吸附(PSA)技术的基础和核心，吸附剂的性能决定了整个吸附分离的工艺路线和操作条件，决定了分离效率、再生费用乃至影响整个过程的运转费用。吸附剂的性能是提高PSA工艺竞争力的关键。2.实验装置及流程本实验以空气为原料、碳分子筛为吸附剂，运用变压吸附原理，利用含发达微孔的分子筛对气体进行选择性吸附，达到空气中氮、氧分离的目的。2.1实验主要设备变压吸附塔：管径89mm，壁厚2.8mm，管长1000mm，不锈钢材料；氮气检测仪：型号-PN-60-N2；真空泵：

8、XZ-2型旋片式；空气压缩机：EV51；玻璃转子流量计：LZB-3吸附剂：CMS-180型分子筛2.2实验流程空气经空气压缩机压缩后具有一定的压力，经过滤除水后进入空气压缩罐，再按自动控制阀门的控制进入吸附状态的分子筛吸附塔，由于空气