环境因素对PSA制氧机的影响.doc

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1、环境因素对PSA制氧机的影响1、问题提出任何气-固体系的物理吸附都需要在相应的温度和压力下进行。在变压吸附制氧的过程中，吸附剂沸石分子筛是强优先吸附等温线型的吸附剂，温度在整个制氧的过程中都是一个重要参数。为了便于阐述，首先给出各公司的操作条件及变压吸附制氧温度示意图。表1   变压吸附制氧的操作条件吸附压力/Mpa0～0.05脱附压力/kpa20.0～40.0操作温度/℃20～40循环时间/s60～70 图1 变压吸附制氧是温度的影响由图1可知，氮气在沸石分子筛上的变压吸附等温线符合第I类等温线，为单分子吸附，这样可应用Langmuir

2、等温线方程来分析：在分子筛用量一定的条件下，吸附容量、吸附的压力及吸附温度三变量间相互影响的关系，并找出三者的合理组合。方程如下：θ=BP/(1+BP)     （1）B=α/β（2πmkT）1/2eQ/RT     （1a）其中θ为氮气的覆盖率，B为吸附的平衡常数。对以上两方程的及图1进行分析可得，当吸附容量q1一定（即θ一定），吸附温度增大时（从T1上升到T2），由方程（1a）可知，B减小，而为满足θ一定，由方程（1）可知，B*P应为常数，则吸附压力P必须增大，即吸附压力随吸附温度T增大而增大，故为满足工艺设计要求（主要为纯度及能耗）

3、，吸附温度与吸附压力需相匹配，且有一个最佳的操作范围。目前国内所有变亚吸附操作条件绝大部分的吸附温度为20～40℃，相应的吸附压力为0.03～0.04Mpa（表压），解吸真空度最低在40kpa（绝对压力）左右。要保持操作系统平稳，温度是一个重要影响因素，因为温度影响分子筛的吸附容量；影响沸石分子筛对氧气、氮气的选择吸附特性；影响吸附氮气的解析时间。下面具体分析温度对解析时间的影响。解析速度rd可用下式表示：rd=kdθ    (2)其中kd为解析速度常数。由（1）、（1a）分析可知，当操作温度T1低于设计温度T，吸附压力P定时，吸附容量q

4、即氮气的覆盖率θ将增大，设为θ1.若把θ1.=θ+θ0，其中θ为设计的温度T时的吸附容量，θ0为实际操作温度T1时多吸附的吸附容量，又因解析速度常数为温度的函数，随温度的降低而减小，设减为kd1，所以这时候的解析过程可分为两个阶段：氮气的覆盖虑从（θ+θ0）→θ为第一阶段，这样，解析时间t1可表示为：t1=【（θ+θ0）-θ】/kd1（θ+θ0/2）+θ/kd1θ/2 =θ0/kd1（θ+θ0/2）+2/kd1      （3）其中t1=2/kd1为与设计温度T时同样吸附容量而速度常数减小时的解析时间，比设计温度T时的解析时间t要长；t2

5、=θ0/kd1（θ+θ0/2）为多吸附的吸附容量θ0解析所需的时间，因此，t1比t更大。故当吸附容量增大，而解析真空度不变时，解析时间必须延长，也就是不同的操作温度应用不同的吸附、解析时间与之匹配。而为提高制氧机的自动化程度，吸附、解析的时间是由PLC系统自动控制，有其固定的参数值，而不应该受环境的影响。但我国一年四季的温度一般都在40～60℃，又因铁的吸热能力很强，吸附塔内一年的温差变化会更大。为使PSA制氧系统的平稳，解决温度与操作温度间的矛盾，笔者认为把制氧机放于室内是一种很好的解决方法。我公司所采用的变压吸附制氧机的操作条件：操作

6、温度为室内温度（即把制氧机放于室内），吸附压力0.01Mpa（表压），解析真空度最低为20kpa（绝对压力）左右。经运行表明：在此条件下，氧的回收率提高，氧成分和氧流量稳定，能耗降低。真空度对产品氧的回收率影响最大，用高真空再生可得到较高的回收率，但单纯地改善真空度，使真空度的抽空能力变得太大是不经济的。变压吸附的最佳压力变化范围取决于原料空气压缩所需能耗、真空泵的能耗及产品氧的回收率三者的最佳配合，在满足设计要求的前提下，压力变化范围越小，能耗越低。下面分别就高于设计温度以及设计温度的状态，对PSA制氧的不利影响进行分析与讨论。2、高于

7、设计温度状态下的制氧情况2.1能耗增大由图1分析可知，当沸石分子筛分离氮气的量（△q=q1-q2(q11-q21)）一定，吸附温度升高时，吸附压力与解析的压力需作相应的调整。这里分两种极限情况进行讨论：第一种，保持再生时的真空度不变，此情况下吸附压力必须增大，这样每经历一次造气循环时，高温造气的压力变化的范围△P1=P21-P11要大于设计的温度时压力的变化范围△P1=P2-P1，压力变化范围增大，即为能耗增大；第二种，分子筛吸附结束和再生时吸附容量不变，这样必须通过减少真空度（P1→P111）和增大吸附压力（P2→P211）来调节，要想

8、提高吸附的压力，必须增设一组空压机，而再生趋向与常压下再生。实践证明，真空在生的性能优于常压下再生的性能。对常压再生来说，空压机为主要耗能部件，而对真空再生来说，能耗主要在真空泵，虽然这两种办