分子筛吸附原理.doc

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1、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

2、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

3、。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净化升压冷却加热降压时间吸附器2即为：-吸附净化；-降压；-用加热

4、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

5、处于再生状态；-吸附器R02处于工作状态。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

6、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

7、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

8、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）。