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PSA變壓吸附制氮原理及工藝流程

PSA變壓吸附制氮原理、工藝流程及設備組成:

變壓吸附制氮機是以碳分子篩為吸附劑,利用加壓吸附,降壓解吸的原理從空氣中吸附和釋放氧氣,從而分離出氮氣的自動化設備。碳分子篩是一種以煤為主要原料,經過研磨、氧化、成型、碳化并經過特殊的孔型處理工藝加工而成的,表面和內部布滿微孔的柱形顆粒狀吸附劑,呈黑色,碳分子篩的孔徑分布特性使其能夠實現O2、N2的動力學分離。這樣的孔徑分布可使不同的氣體以不同的速率擴散至分子篩的微孔之中,而不會排斥混合氣(空氣)中的任何一種氣體。碳分子篩對O2、N2的分離作用是基于這兩種氣體的動力學直徑的微小差別,O2分子的動力學直徑較小,因而在碳分子篩的微孔中有較快的擴散速率,N2分子的動力學直徑較大,因而擴散速率較慢。壓縮空氣中的水和CO2的擴散同氧相差不大,而氬擴散較慢。最終從吸附塔富集出來的是N2和Ar的混合氣。

依據碳分子篩對O2、N2的吸附特性,吸附壓力的增加,可使O2、N2的吸附量同時增大,且O2的吸附量增加幅度要大一些。變壓吸附周期短,O2、N2的吸附量遠沒有達到平衡(最大值),所以O2、N2擴散速率的差別使O2的吸附量在短時間內大大超過N2的吸附量。

變壓吸附制氮正是利用碳分子篩的選擇吸附特性,采用加壓吸附,減壓解吸的循環周期,使壓縮空氣交替進入吸附塔(也可以單塔完成)來實現空氣分離,從而連續產出高純度的產品氮氣。

PSA制氮設備組成:

PSA制氮設備由壓縮空氣源、空氣凈化系統、PSA制氮裝置組成。
1、壓縮空氣源
1)空氣壓縮機
壓縮空氣源選用螺桿式空氣壓縮機,其具有以下優點:
1)運轉平穩可靠,噪聲小;
2)排氣溫度低,出氣潔凈;
3)操作容易,維修方便;
4)結構緊湊,占地面積小。
2.空氣凈化系統
空氣凈化系統由C級過濾器、;冷凍式干燥器、T級過濾器、A級過濾器、活性炭過濾器及空氣緩沖罐組成。
A.C級過濾器:可過濾3v或更大的固態粒子。過濾器帶有壓差指示器,指示更換濾芯的最佳時間,提高過濾器的利用率,減少壓降。還帶有自動排污裝置,可靠地排出積聚的雜物。
B.T級過濾器:經過初級過濾的壓縮空氣進入T級主管路過濾器,過濾精度達1v,除去100%水分。
C.冷凍式干燥器:壓縮空氣經過C、T級過濾器進行油水分離后,進入干燥器進一步除水、干燥。
D.A級過濾器:經過深度除水后的壓縮空氣進入A級過濾器,過濾精度達0.1v,除去99%油分。
E.活性炭過濾器:對經過壓縮的空氣進行活性碳吸附除油。進一步保證進入吸附塔的壓縮空氣品質符合要求。
F.空氣儲罐:空氣儲罐除保證系統用氣平穩外,還可降低壓縮空氣的溫度,使壓縮空氣中水、油等雜質隨壓縮空氣溫度的降低而分離出來,有利于延長后處理設備壽命,同時提高壓縮空氣的品質。
3.PSA制氮裝置
PSA碳分子篩制氮裝置主要由吸附塔、氣動及控制系統、電氣控制等組成。
A.碳分子篩:PSA制氮裝置的核心是碳分子篩,其性能的好壞和發揮直接影響設備的各項技術指標。
B.吸附塔:裝填分子篩容器是吸附塔,立式結構吸附塔下部進氣有利空氣均勻分流分布,符合碳分子篩純度、產氣量及壓力曲線的變化規律,符合空氣動力學原理,是空分行業公認的最佳設計方案。
吸附塔的壓緊裝置采用優質耐用椰墊,使分子篩免受沖擊和粉化,確保碳分子篩使用十年以上。
C.氣動及控制系統:制氮主機的控制采用三級控制,既PLC控制先導電磁閥,先導電磁閥控制氣動閥,氣動閥控制整個吸附流程。
D.氮氣緩沖罐:收集由吸附塔產出的氮氣,在吸附塔交替工作時起穩壓作用,為用氣工作面提供連續穩定的成品氮氣。
E.氮分儀及流量計:連續監控制氮裝置的氮氣純度及產氣量。其中選用了可在線監控的氮氣分析儀,保證了氮氣安全輸送。
4.電控系統
是PSA制氮裝置的大腦,控制整個制氮裝置的運行,能夠顯示氮氣瞬時流量、累計流量和氮氣純度。如用戶需要可攜帶通訊模塊將采集的氮氣流量、壓力、純度信號,通過通訊接口輸出到用戶計算機上。

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