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变压吸附制氧的原理
2020-04-07

在等温的情况下,利用加压吸附和减压解吸组合成吸附操作循环过程。吸附剂对吸附质的吸附量随着压力的升高而增加,并随着压力的降低而减少,同时在减压(降至常压或抽真空)过程中,放出被吸附的气体,使吸附剂再生,外界不需要供给热量便可进行吸附剂的再生。因此,变压吸附既称等温吸附,又称无热再生吸附。 变压吸附,吸附,PSA来自空气压缩机的压缩空气,首先进入冷干机脱除水分,然后进入由两台吸附塔组成的PSA制氮装置,利用塔中装填的专用碳分子筛吸附剂选择性地吸附掉O2、CO2等杂质气体组分,而作为产品气N2将以99%的纯度由塔顶排出。 

在降压时,吸附剂吸附的氧气解吸出来,通过塔底逆放排出,经吹洗后,吸附剂得以再生。完成再生后的吸附剂经均压升压和产品升压后又可转入吸附。两塔交替使用,达到连续分离空气制氮的目的。用碳分子筛制氮主要是基于氧和氮在碳分子筛中的扩散速率不同,在0.7-1.0Mpa压力下,即氧在碳分子筛表面的扩散速度大于氮的扩散速度,使碳分子筛优先吸附氧,而氮大部分富集于不吸附相中。碳分子筛本身具有加压时对氧的吸附容量增加,减压时对氧的吸附量减少的特性。利用这种特性采用变压吸附法进行氧、氮分离。从而得到99.99%的氮气。

任何一种吸附对于同一被吸附气体(吸附质)来说,在吸附平衡情况下,温度越低,压力越高,吸附量越大。反之,温度越高,压力越低,则吸附量越小。因此,气体的吸附分离方法,通常采用变温吸附或变压吸附两种循环过程。 如果温度不变,在加压的情况下吸附,用减压(抽真空)或常压解吸的方法,称为变压吸附。可见,变压吸附是通过改变压力来吸附和解吸的。变压吸附操作由于吸附剂的热导率较小,吸附热和解吸热所引起的吸附剂床层温度变化不大,故可将其看成等温过程,它的工况近似地沿着常温吸附等温线进行,在较高压力(P2)下吸附,在较低压力(P1)下解吸。

变压吸附既然沿着吸附等温线进行,从静态吸附平衡来看,吸附等温线的斜率对它的是影响很大的,在温度不变的情况下,压力和吸附量之间的关系,PL表示解吸(减压后)压力,这时PH与PL所应的吸附量的差,实质上是有效吸附量,以Ve表示之。显然,直线型吸附等温线的有效吸附量比曲线型(Langmuir型)的要来得大。吸附常常是在压力环境下进行的,变压吸附提出了加压和减压相结合的方法,它通常是由加压吸附、减压再组成的吸附一解吸系统。 

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