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1、变压吸附装置中均压设计的讨论汤洪四川天一科技股份有限公司开发设计所 成都610225摘要论述均压在变压吸附装置中的作 用，介绍均压差的计算以及均压次数 的选择与效果评价的方法。关键词 变压吸 附均压 有效均压次数 气体回收变压吸附气体分离技术是利用气体在吸附剂上的吸附容量随其分压变化（即气体分压越高，吸附量越大，反之亦然 的特性，在较高压力下 吸附，而弱吸附组分 （如提氢装置的氢气则直接通过吸附床输出；通过降低吸附床的被吸附组分分压 （降低吸附床压力，并用被吸附组分含量 较低的气体对吸附床进行冲洗，或抽真空， 使被吸附组分从吸附剂中解吸出来，吸附剂得到再生。变压吸附气体分离技术与 其他吸附分离
2、技术的主要区别是吸附剂解吸再生时不需另加再生气源及外加能量（加热再生气用。主要技术突破 在于应用了均压的操作。1操作过程我们用简单的五塔二次均压操作工艺来说明变压吸附的操作过程。五塔二次均压的操作时序如表1所示。表1五塔二次均压操作时序表分步骤 时间,s 90909090909090909090 A塔终压,ata 10 210 27 2422 71 21 24 27 210 2吸附床 A A1A2E1D E2D PP D P E 2R E1R FRB E1R FR A1A2E1D E2D PP D P E2RC P E2R E1R FR A1A2E1D E 2D PP DD PP D P E2
3、R E1R FR A1A2E1D E2DE E1D E2D PP D P E2R E1R FR A1A2注:A吸附Ei D均压降i PP顺放D逆放P冲洗EiR均压升i FR终充以吸附床A为例说明变压吸附的工艺操作过程。分步骤1、2,吸附床A处于吸附状态（A1、A2。分步骤3,吸附床A吸附完成需降压再生，通过吸附床顶的程序控制阀与吸 附床C连接,向吸附床C充压直至压力相等,吸附床A压力从10 2ata降至7 2ata, 吸附床C压力从4 2ata升至7 2ata,吸附床A的步骤称为均压降1 （E1D。分步骤4,吸附床A通过吸附床顶的程序控 制阀与吸附床D连接，向吸附床D 充压直至压 力相等,吸附
4、床A压力从7 2ata降至4 2ata,吸附床D压力从1 2ata 升至4 2ata。吸附床A此步骤称为均压降2（E2D。分步骤5,吸附床A顺向（与吸附时气体流 向相同泄压（简称顺放,PP ,吸附床 A压力从4 2ata降至2 7ata,排出的气体作为冲洗气对152003, 13（1汤洪变压吸附装置中均压设计的讨论 汤洪：高级工程师，总工程 师，1982年毕业于浙江大学化学工程专业。长期从事化工工艺设计工作。联 系电话:（028降压完成吸附床E进行冲洗（P ,降低床层被 吸附组分的浓度，使吸附床E吸 附剂得到更彻底的解吸再生。分步骤6,吸附床A逆向（与吸附时气体流 向相反 泄压（简称逆放，D
5、,将气体 排出系 统，吸附床A压力从2 7ata降至1 2ata,完成 降压过程。分步骤7,用吸附床B的顺放气对吸附床A进行冲洗（P ,进一步降低床层A被吸附组分 的浓度，并使吸附剂彻底解吸，吸附床A再生完成分步骤8,吸附床C向吸附床A充压,吸附床A压力从1 2ata升至4 2ata,吸附 床A此步骤称为均压升2(E2R。分步骤9,吸附床D向吸附床A充压，吸附床A压力从4 2ata升至7 2ata,吸附 床A此步 骤称为均压升1(E1R。分步骤10,用产品气对吸附床A充压,吸附床A压力从7 2ata升至吸附压力10 2ata,充压完成。吸附床A此步骤称为最终充压(简称 终充,FR。2均压的作用
6、从变压吸附的工艺操作过程不难看出，所谓均压就是需降压解吸的吸附床分 别向需升压 的不同的吸附床充压，需降压解吸的吸附床压力 逐级下降，而需升压的 吸附床的压力得到逐级升 高，从而使吸附床降压排出的有用气体得到有效利用。均压步骤的主要作用就是回收吸附床降压时排出的有用气体。3均压次数的影响我们再来看六塔三次均压操作工艺的时序如 表2所示。表2六塔三次均压操作时序表分步骤 时间，s 909090909090909090909090 A塔终压，ata 10210 27 955 73 452 451 21 23 455 77 9510 2吸附床 A A1A2E1D E2D E3D PP D P E3R
7、 E2R E1R FRB E1R FR A1A2E1D E2D E3D PP D P E3R E2RC E3R E2R E1R FR A1A2E1D E2D E3D PP D PD D P E3R E2R E1R FR A1A2E1D E2D E3D PPE E3D PP D P E3R E2R E1R FR A1A2E1D E2DF E1D E2D E3D PP D P E3R E2R E1R FR A1A2回收的有用气体量可用吸附压力与最后一次均压降终压的差值来计算，从表2 中A塔各步骤终压数据看，由于增加了 1次均压，回收的有 用气体量有所增加。 设V A为吸附床的死体积，m 3,三次均
8、压时，三均终压为3 45ata，每个吸附床降压 时回收的气体量为（10 2-3 45 V A =6 75V A ;而二次均压时,二均终压为4 2ata,每 个吸附床降压时回收的气体量为 （10 2-4 2 V A =6V A。显然,三次均压回收的有用 气体量比 二次均压多。一般说来，增加均压次数，可回收更多的有 用气体，产品气的收率也就提高。 因为有了均压操作步骤，变压吸附气体分离装置的产品气，分离技术的应用才会 如此广泛。然而，并不是说，均压次数越多越好。 首先，均压次数的增加需通过增加吸附 床数来实现，而增加一个吸附床才能增加1次均压操 作，故均压次数 的增加必然 造成装置投资 的增力。一
9、般来说，从一次均压增加至二次均压、二 次均压增加至 三次均压时，有用气体的回收率增 加比较明显，而由三次均压增加至四次均压，有 用气体的回收率仅增加25个百分点，四次均压增加至五次均压，有用气体的回收 率仅增加1 3个百分点。其次，参照上述时序表可以看到，随着均压次数的增加，顺放初压（即最后一 次均压降的终 压相应降低，使得作为冲洗气的顺放气中被吸16CHEMICAL ENGINEERING DESIGN 化工设计 2003, 13(1附组分的浓度升高，同时顺放压差变小，因而吸附剂冲洗再生的效果变差，使 吸附剂的动态吸附容量减少，导致吸附床吸附时间缩短、产品气的 回收率也降 低。再次，由于压力
10、越 低，被吸附气体解吸越多，则均压降排出气体中的被吸附 组分浓度也越 高，故随着均压次数的增加，回收的低压气体中 的有用气体含量相 应降低，回收的价值也就小了。因此，一般将均压降控制在2ata以上为宜。4均压差计算与均压效果评价方法实际上，以均压差(吸附压力-均压降1终压,或均压降i终压-均压降i+1终 压来描述 有用气体回收效果更为直观。因为终充压差正好与均压差相等，而终充是用产品气来充压，均压差的增加必然会造成产品气量的减少，有用气体的回收率 也相应减少。4 1均压差计算一般正常的操作时序将顺放步骤设在所有均压降步骤之后，由于每级均压压力 降(升是相同的,均压差也就很容易算出。设吸附压力为
11、P A ,再生压力为P B ,均压次数为n,则均压差为：P =(P A -P B /(n+1 (1例1正常操作时序，顺放在所有均压降之 后,吸附压力为 19ata,再生压力为1 2ata,均压次数为3,均压差为：(19-1 2 /(3+1 =4 45ata这样，均压降1的 终压为19-4 45= 14 55ata均压降2的终 压为14 55-4 45=10 1ata,均压降3的终压为10 1-4 45= 5 65ata无论均 压次数多少,均压降的终压 均可以按此方法计算。在国内，为了增加均 压次数，常常采用一些将顺放步骤设在两次均压降之间 的时序(俗称夹心饼干,如早期的4-1-2/P时序和现在
12、常用的6-2-3/P时序等。这 类操作时序 也可以用简单的方法算出其均压差。设吸附压力为P A ,再生压力为P B ,均压次 数为n,顺放压差为P 1,则均压差=(P P 1 /(n+1 + P (例2设定吸附压力为19ata,再生压力为1 2ata,均压次数为3,顺放在第3次均 压降之前(夹心饼干，顺放压差为2ata。均压差为 P=(19-1 2-3! 2 /(3+1 +2=4 95ata这样，均压降1的终压为19-4 95= 14 05ata均压降2的终压为14 05-495= 9 1ata,均压降3的终压(压差为最后一次均压 降与顺放压差之和 为9 1-4 95=4 15ata。4 2均
13、压次数和均压效果比较例1和例2的计算结果，在吸附压力、再生压力 相同，均压次数 也相同 时，例2夹心饼干 的均压差较大，即终充压差也较大，其回收有用气体的效果也将那么，均压次数相同，怎么判断其均压效果 呢？我们引 入有效均压 次数的概 念。由式(1变形可得n=(P A -P B / P-1(3我们将式(3的计算结果称为 有效均压 次数，实际上就等于 正常时序时(顺放步骤设在所有均压降步骤之后的均压次数。均压差越大，有效 均压次数越小。显然，当均压降不 很低(如2ata时，有效均压次 数越多，均压效 果(回收有用气体的效果 越好，有用气体回收率越高。如例2,按夹心饼干 操作时 序的有效均压次数
14、为：n=(19-1 2 /4 95-1=2 6(次而且，顺放压差越大，其有效均压次数 越少。如例2重设顺放压差P仁3,其 均压差为：P=(19-1 2-3! 3 /(3+1 +3=5 2ata有效均压次数 为n=(19-1 2 /5 2-1=2 42(次。而例1的正常操作时序的 有效均压次数 就是3次,均压效果比 夹心饼干好由此可见，有效均压次数 是准确判断均 压操作有用气体回收效果的一个重要 指标。特例：对于夹心饼干 操作时序，只有当其顺放压差很小时（此时无顺放、冲 洗操作，吸附剂再生效果差，其均压次数 才接近 有效均压次数。,172003, 13（1汤洪变压吸附装置中均压设计的讨论次均压的
15、操作 时序，也可以用有效均压次 数来判断其均压操作的有用气体 回收效果。例3某变压吸附装置为 四次均压，其中两次均压借助均压缓冲罐 完成。吸附压力8 94ata,再生压力0 2ata,均压缓冲罐的容积为吸附塔死体积的 4倍。其均压差为1 9ata,而其有效均压次数 为：n=（8 94-0 2 /1 9-1=3 6（次显然其有效均压次数 未达到4次。特例:对于靠均压缓冲罐来实现 多次均压 的操作，只有当其均压缓冲罐容积很大时（此时投资也很大，其均压次数 才接近 有效均压次数。由以上各例的计算结果可以看出，夹心饼干和靠均压缓冲罐来实现多次均 压的操作，与正常操作时序（顺放操作在所有均压降之 后的操
16、作工艺相比，其均压 效果（有用气体回 收效果差一些。5结语均压是变压吸附气体分离装置的一个关键操作步骤。如何设置均压（次数、时 序直接影响 装置的气体分离效果和装置投资。目前国内变压吸附装置的均压设置五花八门，有将顺放操作设置在最后一次均压之前的，有通过缓冲罐来 实现多次 均压的，实际上其所谓的 均压次数并不能达到应有的有用气体回收效果。而采用本文介绍的有用气体回收量的计算方法，或用更直观的有效均压次数，可定量地判 断各种均压设置对 变压吸附装置 有用气体回收率 的影响，从而为变压吸附装置的 均压设计的合理性提供可靠判据。（修改回稿2002-11-27（上接第19页（1减少吸入管路的水力损失。
17、在一般情况 下，卸油鹤管的最高点处，管内的 油品压力最低,这是最容易发生气阻之处。合理加大吸入管 直径，减小流速，使吸 入管最短，并尽可能减少 吸入管的阀门、管件，可以有效减少管路的压力 损失，提 高鹤管顶部剩余压力，从而克服气阻。（2选用潜油泵式鹤管。在普通型的鹤管上 增加气动或液动潜油泵，它特别适于高气温、低气压地区接卸轻质油品或其它化工 产品。气动潜油泵是以压缩空气作动力源，无需电源及其它动力源，使用安全可 靠。液动潜油泵则是以专用液压站向液动马达提供高压液压油作为动力源。潜油 泵式鹤管改变了上卸系统为负压工作的状态，因而从根本上解决了气阻问题。（3采用SUB滑片输油泵。SUB滑片泵是一
18、种新型的容积式输加油泵,其出口 压力最高可达到1 0M Pa,吸入口极限真空度可达0 09MPa。不仅适用于输 送介质温度-2080?的汽油、煤油、柴油等轻质油品，还适用于输送高粘度的润 滑油和化工介质。SUB滑片泵具有结构紧凑、快速自吸以及较强的液、气二相输 送的特点，无需设置真空系统，即使是在恶劣的工作环境及工况下仍能正常工作。 近年来，通过对小型油库铁路卸油工艺改造，证明SUB滑片泵是比较理想的卸油 泵。5结语轻油上卸工艺流程简单，易于操作，只要管路设计合理，吸入管压力损失小， 并采用新型鹤 管和卸油泵等，配合夏季夜间卸油、油罐降温等 方法，就可以有效防 止气阻，加快卸车速度，减少空气污
19、染和油品损耗。（收稿日期2002-02-06（上接第50页4结语化工企业因其工艺的特殊性，往往处于危险生产环境，因此电气设计人员应引 起重视，熟悉有关的设计规范，掌握所选电气产品的性能，并结合实际，以满足企 业的安全生产需要。（收稿日期2002-06-1218CHEMICAL ENGINEERING DESIGN 化工设计 2003, 13（1ABS TRACTSScheme Study for Product ion Capacity -in creas ingRetrofit of Absorber of Acrylo ni trile UnitXiao Zhenping（L anz ho
20、u Design I nstitu te of SINOPEC , L anzhou 730060 T he study i s related to impact of theoreti cal number of trays, pres sure, cold circulation on the bottom of the absorber, and inlet locati on of conden sate from after conden ser of que nch tow er on absorption ef fect and consumption of 0 cooling
21、 amount. T hrough th i s produc tion capacity-increasing schem e of the absorber, absorpti on effect of acrylonitrile is not only improved, but con sumpti on of low tempera ture brine also reduced.K ey words acry Ion itrile absorber product ion capacity -in creas ing retrofitS tudy on Calcu lation o
22、f Batch Distillation Processfor Multi -Comp onentsTan Chong(East China Engineering Corporation , Hefei 230024It i ntroduces that a short-cut method i s us ed for calculating batch distillati on proces s for multi-comp onen ts.Key words multi-comp onent distillati on batch distillati on relative vola
23、tilitySide React ion of Low T emperature Shift CatalystLi Weichun(Chemic al Co. L td . , CNOOC , Dongf ang 572600It an alyzes reas on of the side reacti on of low temperature shift cat al yst, take n place duri ng producti on, and puts forw ard measures for reduci ng the si de reacti on at the same
24、ti m e.Key words low temperature shift catalyst side reacti on affec tion measureReduct ion of Urea Content of Stripp ingWaste Liquid by Usi ng Urea -washi ng Recovery Tech no logy Gua n Wei(H e f eng Che mical Co. L td. , Jia ngj in 402260It introduces that urea is used to wash recovery tow er in u
25、rea evap oration system so as to reduce urea content in the stripp ing w aste liq uid, and recover most of urea, achiev ing envi ronment and econo mic ben efits.K ey words urea-washi ng recovery tow er strippi ng w aste liq uidDiscussi on on Desig n of Equ alizatio n Pressu re Pres surizati on of Pr
26、essu re S wi ngAbsorpti on UnitT ang Hong(Dev elop ment Desig n In stitute of Sich uan Tia nyi S cie n tif ic & Tech no logy Co.L td. , Che ngd u 610225It introduces function of equali zation pressure pressurization in the pressure swing absorption unit, calculation of pressure differenee, selection
27、 of times of the equalization pressure pressurizati on and eval uati on method of effect.Key words pressure sw ing absorpti on equalizati on Pressure Pressurizati on effective times of pressure equalization gas recovery Unioading Improvement of L ight O ilGan M in(Desig n I n stitute o f L uoya ng P
28、etroche mical Complex , L uoya ng 471012T he features of light oil uni oad ing are simple fl ow sheet and easy operatio n.Pressure loss of suck-i n pipe is less if desig n of pipe route is reas on able. Gas block can be effectively avoided if new type of pipe and oil transferring pump w ith SUB slip
29、 vane are adopted. T hen oil loss is reduced. It is specially suitable to the gasoli ne an d diesel oil l size oil tan ks.K ey words uni oad ing of light oil oil-tra nsferri ng pump pro cessStudy on Design of Liqu id Ammonia Filling StationWeng Wu(I nd ustrial Desig n I n stitute of Wenz hou M uni c
30、ip ality , Wen zhou 325003Study on optimizati on of parameter select ion of liquid ammonia fill i ng as per requireme nt of releva nt sta ndards and codes.Key words Liquid ammoni a filling station designProductio n Capacity An alysis and Series Desig n ofSoda Ash Steam Calci nerDu W eiga ng(Dalian D
31、e sig n and Resear ch Institu te of Dalian Chemical G roup Company , Dalia n 116031An alyze all factors affect ing producti on capacity of soda ash steam calci ner, and briefly describe desig n an d applicati on of the series e quipme nt.Key words Calci ner producti on capacity seriesApplicati on of
32、 Vibrated and Fluidized B ed inDrying of Eurika AsphaltChen Yigua ng(Desig n Institute of Nanj ing Chemic al G roup Company , Nan j ing 210048The study, based on the i ndustrial material, Eurika asphalt, ana l yzes dynamic characteri stics, features of heat transfer and dryi ng of th e drier with vi
33、brated and fluidized bed. Sort ing -out and calcula tion are performed for mai n parameters for type select ion desig n of drier w ith vibrated and fluidized bed.Key words vibrated and fluidized bed drier asphaltMu Iti -loop Control of Circulation Oil T emperature of S ynthetic Reactor of Vinyl Acet
34、ateLi Guoyua n, et al(Guizhou Crystal Chemical (G roup Co. L td. , Qin gzhe n 551402It in troduces multi-loop automatic con trol system using smart con trol tech no logy, which replaces conven ti onal con trol mode. Over all automatic con trol for circulati on oil temperature by oil temperature adju
35、ster is realized for syn thetic react ion of vi nyl acetate.Key words syn thetic react ion of vinyl acetate oil temperature adjuster multi-loop con trol sys temDesig n of Fire -fight ing Water Supply ofHigh -storeyed Reside nee Q uarterYang Qin(Yan gtze Petro -c he mical Desig n In stitute , Nanjing
36、 210048 It exhaus tively describes desi gn of fire-fighti ng w ater supply to Yangtze high-storeyed building C, and an alyzes selecti on of fire-fighti ng system to the high-storeyed reside nee quarter, firefight i ng area classification an d i nstallation of fire-fighting pressure reduc i ng valves
37、.Key words high-s toreyed residence quarter fire-fi ghting w a ter des i gnPlot Plan Design for Pip e Rack of FlammableMaterials O uts ide Pla ntLiu Fang(Northeast S ubsidiary Co. of China Nati onal Petroleu m Engi n eeri ng De sig n Co.L td. , Jili n 132021Based on desig n practices, defi ne space of fire proof pipe rack, and elaborate desig n prin ciple of pipe rack of outside pla nt.Key words pipe rack regulation and criteri on prevention space routing of qi pe rack12003, 13(1 ABST RA CT S OF CHEM I CAL EN GI NEER IN G DESIG N