分子篩吸附原理.doc

分子篩吸附原理 吸附是一種把氣態(tài)和液態(tài)物質(zhì)（吸附質(zhì)）固定在固體表面（吸附劑）上的物理現(xiàn)象，這種固體（吸附劑）具有大量微孔的活性表面，吸附質(zhì)的分子受到吸附劑表面引力的作用，從而固定在上面。引力的大小取決于：- 吸附劑表面的構(gòu)造（微孔率） ；- 吸附質(zhì)的分壓 ；- 溫度。 吸附伴隨著放熱，是一種可逆的現(xiàn)象。類似于凝結(jié)：- 如果增加壓力。吸附能力增加 ；- 降低溫度，吸附能力增加。 因此，在吸附時(shí)，要使壓力升到最高，溫度降到最低。解吸時(shí)，則要使壓力降到最低 ，溫度升到最高。帶有吸附床的凈化工藝 也叫空氣凈化的“干燥脫除CO2”工藝。 為使空氣獲得較低的凈化前溫度，常用制冷機(jī)組或空氣水冷塔對(duì)其進(jìn)行降溫。（圖中的“X10”表示預(yù)冷設(shè)備。） 凈化裝置位于空氣壓縮機(jī)、空氣預(yù)冷系統(tǒng)之后，為了保持凈化器工作的連續(xù)性，需要使用兩臺(tái)吸附器。當(dāng)一臺(tái)工作時(shí)（即正在脫除H2O與CO2），另一臺(tái)處于再生狀態(tài)。吸附階段 由于氧化鋁吸附CO2的效果很差，故它主要用于吸附H2O，而位于其后的分子篩則處理 干燥后含有 CO2的空氣。 注：分子篩具有很強(qiáng)的吸水性，因此，在吸附和再生期間絕不能讓分子篩與水份接觸而降低其吸附CO2的能力。如果有意外情況發(fā)生使水份帶入了分子篩，惟有高溫特殊再生（見(jiàn)10 章）才能夠使其恢復(fù)原有的吸附性能。 下圖顯示了吸附質(zhì)在臨近穿透的時(shí)刻（在吸附階段結(jié)束），CO2與H2O在兩種吸附床層 中及給定時(shí)間內(nèi)的含量分布圖。吸附器必須在吸附質(zhì)的前鋒抵達(dá)吸附出口之前進(jìn)行再生（即在穿透之前）。再生階段:再生就是利用壓力和溫度兩方面的因素，將吸附器里的吸附質(zhì)排出去。首先，將吸附器降壓至較低的壓力（大氣壓力）。用加熱的干燥氣體，解吸并帶走所吸附的吸附質(zhì)。然后，用未加熱的干燥氣體，將熱端面推向鋁膠床層，直至其出口，這樣。吸附劑又恢復(fù)到隨之而來(lái)的吸附階段時(shí)的正常溫度。 過(guò)程見(jiàn)圖示 ：吸附器1凈化升壓冷卻加熱降壓時(shí)間 升壓冷卻加熱降壓凈化時(shí)間吸附器2 即為 ：- 吸附凈化 ；- 降壓 ；- 用加熱的干氣體吹掃吸附器 ； - 用未經(jīng)加熱的干氣體吹掃吸附器 ；- 升壓。 在有其他中間過(guò)程的大型裝置中，該循環(huán)過(guò)程可能更為復(fù)雜。下表列出了大型裝置的各個(gè)階段，并附有步進(jìn)條件。吸附器 1 FOR BOTTLE 1階 段 該階段結(jié)束的條件備 注1并聯(lián)閥門(mén)動(dòng)作完成2空氣切斷閥門(mén)動(dòng)作完成3降壓低壓聯(lián)鎖(PSL)的時(shí)間延續(xù)4吹除閥門(mén)動(dòng)作完成調(diào)節(jié)流量5加熱時(shí)間延續(xù)電或蒸汽加熱安全的低溫聯(lián)鎖(TSL)6冷卻時(shí)間延續(xù)高溫切斷聯(lián)鎖控制(TSH)7污氮切斷閥門(mén)動(dòng)作完成8升壓低壓差聯(lián)鎖(PDSL)的時(shí)間延續(xù)9待用切換周期的時(shí)間延續(xù) 各步逐可以由下面的圖示說(shuō)明。 例如 ：- 吸附器R01處于再生狀態(tài) ；- 吸附器R02處于工作狀態(tài)。第一步吸附器R01：處于吸附狀態(tài)吸附器R02：并聯(lián)狀態(tài)閥門(mén)動(dòng)作：V1，V3：打開(kāi)V2，V4：打開(kāi)步進(jìn)條件：V1，V2 ，V3，V4 開(kāi)PDSL2：無(wú)壓差報(bào)警切換時(shí)間到第二步吸附器R01：切斷狀態(tài)吸附器R02：吸附狀態(tài)閥門(mén)動(dòng)作：V2：關(guān)閉V4：關(guān)閉步進(jìn)條件：V2與V4關(guān) 閉反饋第三步吸附器R01：降壓狀態(tài)吸附器R02：吸附狀態(tài)閥門(mén)動(dòng)作：V10：打開(kāi)步進(jìn)條件：V10 開(kāi)PSL1：低壓報(bào)警PSL1 計(jì)時(shí)第四步吸附器R01：吹除狀態(tài)吸附器R02：吸附狀態(tài)閥門(mén)動(dòng)作：V6：打開(kāi)V8：打開(kāi)步進(jìn)條件：V6和V8 開(kāi)第五步吸附器R01：加熱狀態(tài) 吸附器R02：吸附狀態(tài)閥門(mén)動(dòng)作：V10：關(guān)閉步進(jìn)條件：加熱計(jì)時(shí)結(jié)束無(wú)TSL報(bào)警報(bào)警：檢查加溫時(shí)間第六步吸附器R01：冷卻吸附器R02：吸附閥門(mén)動(dòng)作：無(wú)步進(jìn)條件：冷卻計(jì)時(shí)結(jié)束無(wú)TSH報(bào)警報(bào)警：檢查降溫時(shí)間第七步吸附器R01：切斷狀態(tài)吸附器R02：吸附狀態(tài)閥門(mén)動(dòng)作：V6：關(guān)閉V8：關(guān)閉步進(jìn)條件：V6與V8 關(guān)報(bào)警第八步吸附器R01：升壓狀態(tài)吸附器R02：吸附狀態(tài)閥門(mén)動(dòng)作：V11：打開(kāi)步進(jìn)條件：PDSL1: 無(wú)壓差報(bào)警調(diào)節(jié) 為了減少熱量損耗和機(jī)械疲勞，最好使吸附器切換的循環(huán)周期盡可能長(zhǎng)，而升壓和降 壓時(shí)間盡可能短，以減少再生后的等待時(shí)間。 注：吸附器升壓、降壓時(shí)間縮短的可能性，應(yīng)使氣流在吸附器內(nèi)的穿行速度不超出允 許范圍，以減少機(jī)械損耗。 調(diào)節(jié)再生氣的流量是為了能在要求的時(shí)間內(nèi)完成吸附劑的再生。 調(diào)整安全的加熱溫度。 調(diào)節(jié)加熱的時(shí)間，以便使吸附器出口氣流溫度實(shí)際超過(guò)要求的溫度（峰值 t2, t3, t4, ）。 調(diào)節(jié)PDSL和PSL到20kPa。 在再生期間，再生氣流在吸附器進(jìn)、出口處的溫度分布，見(jiàn)于下圖 ：從吸附器入口曲線，可以識(shí)別出加熱階段和冷卻階段。溫度曲線中的衰減部份是由于再生吸附器上游的金屬余熱而形成的（管道，無(wú)旁通的加熱器）。 吸附器出口的溫度曲線，依次對(duì)應(yīng)著各個(gè)再生步驟（在該再生過(guò)程中CO2的解吸不重要，固不考慮）。 當(dāng)時(shí)間達(dá)到t1時(shí)，吸附器的熱端面的前鋒還未抵達(dá)水份飽和的吸附區(qū)域，水的解吸是在 冷狀態(tài)下進(jìn)行。 在時(shí)間處于t1和 t2之間時(shí)，熱端面的前鋒已經(jīng)抵達(dá)水份飽和的吸附域，水份的解吸現(xiàn)在 已是在熱狀態(tài)下進(jìn)行了，并且解吸加劇。 從再生開(kāi)始起，吸附器出口的氣流中，水份就是飽和的。 當(dāng)?shù)竭_(dá)t2時(shí)，水份已被完全解吸，導(dǎo)入吸附器的過(guò)剩熱量以“熱峰”的形式呈現(xiàn)出來(lái) (t2, t3, t4)。 到t3時(shí)刻，冷卻開(kāi)始，進(jìn)入吸附器的冷端面前鋒隨即在出口呈現(xiàn)出來(lái)。出吸附器的氣流 溫度以類似于吸附器冷卻時(shí)的入口溫度的規(guī)律遞減。并趨近于冷卻溫度Tref，當(dāng)其與Tref的 溫差達(dá)到時(shí)，再生便告完成。 虛線示意的是使用完全干燥的吸附劑時(shí)吸附器出口的溫度曲線?！暗湫汀惫收? 閥門(mén)故障（堵塞，泄漏等） ；- 升壓和降壓期間，由于壓力調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)動(dòng)作失常導(dǎo)致循環(huán)中止 ；- 蒸汽加熱器泄漏，導(dǎo)致再生氣流含濕（由水份分析控制） ；-