毕业论文分子筛10055 (2).doc

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1、克拉玛依职业技术学院毕业论文空分纯化系统吸附器的认识与异常现象操作系 部：专 业：班 级：学 生：学 号：指导老师：二零一三年五月摘要：压缩空气经分子筛吸附剂净化吸收空气中的二氧化碳，水分子，碳氢化合物后送出纯化系统，以保持和维护后续生产设备的正常运行。为此吸附器的工作是否直接正常影响着空分的生产周期关键词：吸附器 分子筛 吸附 水 二氧化碳目录引言 21、 纯化系统吸附器的认识 31.1工作过程31.2工作原理31.3吸附机理41.3.1吸附平衡与静吸附容量51.3.2吸附过程与动吸附容量51.4吸附剂的解吸81.4.1吸附剂加温再生曲线81.4.2冷吹曲线出现多峰值的原因92、 分子筛吸附

2、器的操作、异常现象及处理 92.1分子筛的一般操作102.2分子筛运行中的异常现象及处理112.2.1出分子筛纯化器后空气中的水分和二氧化碳含量超标的判断方法 112.2.2分子筛进水现象122.2.3分子筛净化系统的操作对空分运行周期的影响132.2.4为什么长期停车后，分子筛纯化器净化空气的效果显著降低 14总结 16参考文献 16引言近年来，随着国内经济的高速发展，为冶金、石化和航天等工业领域配套的大中型空分设备得到迅速的发展和广泛的应用。而由于大气中含有水分、二氧化碳等碳氢化合物这些物质会对后续加工产生不可估量的损失所以作为纯化系统的作用至关重要，分子筛吸附器的更是其中的主要部件。In

3、 recent years, with the rapid development of domestic economy, for the metallurgical, petrochemical and aerospace industries supporting large and medium-sized air separation equipment to get rapid development and extensive application. And because the atmosphere contains water, carbon dioxide, hydro

4、carbon such as these substances can produce an immeasurable loss for subsequent processing so as to purify system play an important part of molecular sieve adsorber is one of the major components.图：双层卧式吸附器1、 纯化系统吸附器的认识1.1工作过程来自预冷系统的压缩空气进入分子筛吸附器。两个分子筛吸附器切换使用一个运行另一个处于再生状态。压缩空气经分子筛吸附剂净化吸收空气中的二氧化碳，水分子，碳

5、氢化合物后送出纯化系统。1.2工作原理空气纯化是利用沸石分子筛的选择吸附特性，按照变温变压（TSA、PSA）吸附原理，吸附空气中水蒸气，乙炔、二氧化碳等有害成分。分子筛纯化系统由两只内装吸附剂（13X和Al2O3）的两只吸附器以及切换阀门管道系统构成。来自预冷系统的含湿饱和空气首先自下而上流经其中一只吸附器，在加压条件下空气中的水分、乙炔、二氧化碳等被分子筛吸附，由于分子筛的用量一定，因此在一定时间内，分子筛的吸附容量将达到饱和，即吸附床层穿透，分子筛无继续吸附能力。此时，通过手动或自动切换阀门的开关顺序，空气转而进入另一只吸附器继续吸附，原先吸附饱和的吸附器，首先向大气泄压至常压再引入被加热

6、到180左右的空气或污氮气以与吸附工况相反的气体流向对吸附器床层加热。原先被吸附分子筛吸附剂颗粒内部的吸附质由于温度升高而解吸出来，在热流气体的推动下被解吸出来的水蒸气、乙炔、二氧化碳等被赶出吸附床外。由于此时吸附剂床层的温度很高，不适合下个循环周期吸附，因此在完成加热时间后，须引入未经加热的空气或污氮气体对吸附床层进行冷吹，使吸附剂床层的温度降低到接近吸附时的温度。至此，吸附器的再生工况完成，准备下次吸附。两只吸附器就是如此交替轮流吸附和再生工况，从而实现空气的连续净化。1.3吸附机理吸附的发生，可分为两个阶段。第一阶段为外扩散，即吸附质从气体主流通过吸附剂颗粒周围的气膜到颗粒表面，而后发生

7、吸附，称作外表面吸附。第二阶段为内扩散，即吸附质分子从颗粒外表面未被吸附而进入颗粒内部，被内表面吸附。而内扩散还分为表面扩散和孔扩散。表面扩散是吸附质分子沿着粒内的孔壁向深处扩散；孔扩散是分子向其它孔中扩散。分子吸附过程按顺序进行，先外扩散再内扩散而后吸附，脱附（或再生）时逆向进行。吸附是一个传质过程，传质能力的大小与扩散系数高、低密切相关。1.3.1吸附平衡与静吸附容量吸附现象的产生是由于吸附质分子扩散到吸附剂的表面，在表面力的作用下而在表面上积聚。但吸附质的分子因其本身的热运动以及外界气体分子的碰撞，有可能又脱离了固体表面返回气体之中。吸附发生的初期被吸附的分子数较多，随着吸附时间的延续，

8、吸附剂单位时间内吸附的分子数逐渐减少，到某一时刻，被吸附的分子数不再变化，也就是吸附表面被覆盖，吸附剂丧失了吸附能力，可称为吸附达到饱和或吸附平衡。所谓平衡，只是宏观上失去了吸附作用，其实是动态平衡，微观上吸附仍在进行，只是被吸附的分子数与脱附的分子数相等而已。此时的吸附剂所吸附的吸附质的量为静吸附容量。在吸附剂及吸附质一定的情况下，静吸附容量与温度、压力或浓度有关。温度降低静吸附容量增加；压力升高，静吸附容量增加。1.3.2吸附过程与动吸附容量在固定床吸附器中，气体（或液体）通过吸附剂层时，不是所有吸附剂同时发生吸附作用而是首先在气体进口处一薄层内发生吸附作用，这一薄层叫做吸附带或传质区。随

9、着吸附时间的推移，吸附带向出口方向移动，一旦吸附带的前沿达到了吸附器的出口，流出的气体中的吸附质含量将迅速增加，很快就与气体的初始浓度相同，这一点就是“转效点”。相应从吸附开始直到转效点的时间为吸附器的工作时间或转效时间。在转效时间内吸附剂对吸附质的平均吸附量为动吸附容量。吸附剂的吸附能力可以由静吸附容量和动吸附容量来表示。静吸附容量实质是在吸附达到平衡时的最大吸附量。而动吸附容量则与吸附带长度及移动速度有关。显而易见它受气流速度的直接影响。换言之，气体的流动不可能有足够长的时间使吸附剂所有表面都达到吸附平衡，也就是动吸附容量永远小于静吸附容量。通常为静吸附容量的40%60%。静吸附容量一般用

10、来表示吸附剂的性能。设计吸附器时，当然要以动吸附容量为依据，操作中，掌握转效时间很重要，它意味着吸附剂的失效，即吸附器的最长工作时间。影响动吸附容量的因素：温度：正如前述静吸附容量随温度的升高而降低，所以动吸附容量也同样随温度的升高而下降。这是因为，吸附是放热过程，温度升高吸附质的分子热运动加强，从吸附剂表面脱离返回气体中的分子数增加之结果。压力：压力高其吸附质的分压力也高即浓度提高，单位时间内碰撞吸附剂表面的分子数增加，因而被吸附的几率增加。所以压力升高，静、动吸附容量都增加。值得注意的是，一旦达到吸附质的饱和状态，随着压力的再提高，单位体积内吸附质的含量已经不再变化，这时吸附容量已与压力无

11、关了。流体的流速：流体的流速高，吸附质在吸附床层内停留时间过短，吸附效果差，传质区增长，动吸附容量小。但流速过低，净化设备单位时间内处理的气量少。从吸附机理方面看，流体的极限速度是吸附速率。也可以说，最短的停留时间应该是吸附时间。所谓吸附速率是完成外扩散，内扩散及吸附的全过程的速度。对于物理吸附其吸附速率主要取决于扩散阶段的速度，而已达到表面发生吸附阶段只在瞬间完成。诚然，假若流体流速高于吸附速率，即停留时间短于吸附时间，吸附就不会发生，其吸附容量为零。只有在流体流速小于吸附速率的前提下，才具有流速越低吸附容量越小的规律。吸附剂吸附时所采用的流速通常为空塔速度，即不装填吸附剂的内筒体截面流速。

12、吸附剂的再生完善程度：吸附剂的解吸（或再生）越彻底，吸附过程中的吸附容量越大。解吸是吸附的反过程，所谓解吸，即采用一定的方法将积聚在吸附剂表面的吸附质分子赶走，恢复吸附剂的吸附能力。当再生温度高，压力低以及解吸气体中吸附质的含量越小，吸附剂的再生越完善。需要指出的是，吸附剂经过多次反复地再生，吸附容量会有所减少，吸附性能也有一定的衰减。这是由于吸附剂表面被碳聚合物等所覆盖，或者吸附剂微孔结晶个别地方被破坏。分子筛吸附器设计时应留有余量。吸附剂床层高度：在吸附剂的量一定的情况下，吸附器的高度有一最小值。这最低床层高度就是吸附带长度。当吸附床层高度低于吸附带长度时，吸附器则一接通，就发生转效。吸附

13、剂的吸附容量很小或为零。如果吸附器的截面缩小，高度增加，这对提高吸附容量是有利的。但是随之气体流速增加，阻力加大，吸附壁效应影响大。一旦流速过快，气体的停留时间小于吸附时间吸附容量会下降为零。无论何种吸附器保证吸附床层有足够的高度还是十分必要的。1.4吸附剂的解吸1.4.1 吸附剂加温再生曲线首先要求对分子筛进行加热所需的再生气压力、流量达到工艺设计值。AB为卸压阶段。由于压力下降分子筛吸附容量减小，原来被吸附的水分和二氧化碳有部分解吸出来，温度下降。BC为加热阶段。污氮气进口。温度迅速升高，但是出口温度开始还会继续下降，然后才逐渐升高。因为此时的热量首先消耗在解吸所需的热量上，将床层的中上部

14、分子筛解吸，并将热量贮存在床层中。这一阶段对再生效果的影响因素是：污氮气流量、加热时间和再生温度。主要是监控污氮进口温度。图3-1纯化器出口温度纯化器入口温度A B C D E 时间温度CD为冷吹阶段。污氮出口温度会继续升高。在该阶段之初，是利用贮存在分子筛床层内的热量对下部的分子筛继续进行解吸，直至冷吹曲线的最高点“冷吹峰值”。该温度是整个床层再生是否彻底的标志。因为在出口部位最不容易再生彻底，如果该处的温度能达到要求，内部的温度肯定要超过此温度，表示内部均已再生完毕。因此，在冷吹阶段主要是监视出口的峰值温度。1.4.2 冷吹曲线出现多峰值的原因在冷吹阶段污氮气的出口温度会继续升高，形成一个

15、峰值，但有的冷吹曲线会出现两个或三个峰值，或整个峰顶比较平坦，峰值不明显，这是因为如果床层高低不平，气流在不同的部位通过的床层厚度不同，则在出口不是同时达到最高温度。出现这种情况，加热及冷吹到指定温度往往需要更长的时间，这就需要待有停机机会对床层进行平整处理2、 分子筛吸附器的操作、异常现象及处理2.1分子筛的一般操作对分子筛吸附器的安装要求：要认真检查上、下筛网有无破损，固定是否牢固；分子筛是否充填满，并且扒平；认真封好内、外筒人孔，防止相互窜气。分子筛吸附器在运行时，要定期监视分子筛温度曲线和出口二氧化碳的含量以判断吸附器的工作是否正常。要密切监视吸附器的切换程序，切换压差是否正常。如遇故

16、障，要及时处理。要密切注意冷冻机的运行是否正常。如遇短期故障，造成空气出口温度升高时，应及时缩短吸附器的切换周期，并及时排除故障。空压机启动升压时，应缓慢进行，防止空气流速过大。向低温系统送气，或系统增加负荷（启动膨胀机、开启节流阀）时，要缓慢进行，防止系统压力波动。空分设备停车时，应立即关闭分子筛吸附器后空气总阀，以免再启动时气流速度过大而冲击分子筛床层。分子筛吸附器在切换时，首先要进行充压。在充压过程中如果充压伐开得过快，势必造成空气量有大的波动，而影响空分的稳定生产；如果充压伐开得过慢，将会延长分子筛的使用时间，对吸附效果不利。在泄压时，如果泄压过快，由于泄压伐在分子筛床的下面，分子筛下

17、部的压力卸掉得快，而分子筛床层上面的压力必须通过分子筛层才能卸掉压力。其压力差越大，对筛床的压力也将大大增加，这将对分子筛床的安全不利。所以，要密切注意分子筛加热、冷吹等工艺情况。充压和泄压的时间过长和过短都不利。出分子筛纯化器后空气中的水分和二氧化碳含量超标的判断，通常有以下方法：设在分子筛吸附器后的水分和二氧化碳检测仪表的指示值，在周期末上升很快，并且很快达到报警值。主换热器内水分和二氧化碳有冻结现象。热端温差明显增大，空分装置的冷量不足，需要增加膨胀空气量。在水分和二氧化碳检测仪表失灵时要特别注意这种情况。出现这种情况可能的原因及处理办法：分子筛长期使用，吸附性能下降。此时应更换分子筛或

18、缩短切换周期。分子筛再生不完全，或者分子筛吸附水分负荷过大，影响对二氧化碳的吸附。调整加热温度或加热时间。对于卧式分子筛吸附器，由于气流脉动等原因造成床层起伏不平，出现气流短路。利用停车机会重新整理床层。对于立式分子筛吸附器，由于吸附床层出现空隙，造成气流短路。利用停车会重新整理床层或添加分子筛。2.2分子筛运行中的异常现象及处理 2.2.1 出分子筛纯化器后空气中的水分和二氧化碳含量超标的判断，通常有以下方法：设在分子筛吸附器后的水分和二氧化碳检测仪表的指示值，在周期末上升很快，并且很快达到报警值。主换热器内水分和二氧化碳有冻结现象。热端温差明显增大，空分装置的冷量不足，需要增加膨胀空气量。

19、在水分和二氧化碳检测仪表失灵时要特别注意这种情况。出现这种情况可能的原因及处理办法：分子筛长期使用，吸附性能下降。此时应更换分子筛或缩短切换周期。分子筛再生不完全，或者分子筛吸附水分负荷过大，影响对二氧化碳的吸附。调整加热温度或加热时间。对于卧式分子筛吸附器，由于气流脉动等原因造成床层起伏不平，出现气流短路。利用停车机会重新整理床层。2.2.2分子筛进水现象分子筛化器进水时，分子筛的压力忽高忽低地波动，吸附器的阻力升高，加热和冷吹后曲线发生变化。其中最明显的是冷吹后的温度下降，并出现平头峰。平头峰的曲线距离越长，表示分子筛进水越多。为了防止分子筛纯化器发生进水事故，在操作上注意：空冷塔应按操作

20、规程操作，先通入气，待压力升高稳定后再通入水。不能突然增大或减少气量。保持空冷塔的水位。水喷淋量不能过大。水质应达到要求，降低进水温度，并减少水垢。发生进水事故后，首先应处理空冷塔的工况，停止水泵供水，把空冷塔的水液位降下来，并使之恢复到正常工况，同时对空分设备进行减量生产，以减少分子筛的负荷量，并对分子筛进行活化操作。活化时注意首先用大气流冷吹，在游离水吹净时再加热。如果活化操作不成功，则只能更换分子筛。2.2.3分子筛净化系统的操作对空分运行周期的影响空分设备在两次大加温之间的运行周期长短与很多因素有关，从操作的角度，主要取决于主换热器的空气通道堵塞状况。而堵塞的主要原因是进装置的空气中的

21、水分、二氧化碳的含量超标（对水分要求露点低于-65，二氧化碳含量小于110-6），在主换热器内积累、冻结，直至堵塞。分子筛净化系统操作不正常，会缩短装置的运转周期。主要由以下几方面原因引起的：分子筛吸附器床层短路。在开车过程中由于空气流速控制不稳，或切换时两容器压差过大，会对床层产生冲击，使分子筛床层凹凸不平，造成床层短路。严重时会将吸附器的防尘网冲破，将分子筛粉末带进换热器通道，造成堵塞。喷淋冷却塔带水。空气通过喷淋冷却塔的气速过大，将水雾带进吸附器，使吸附器清除水的负荷大大增加，出口空气中的水分、二氧化碳的含量超标，带入主换热交换器而产生冻结，使阻力增大。如果是冷段阻力增大，则是二氧化碳冻

22、结；如果是热段阻力增大，则是水分冻结；整个换热器阻力增大，则二者都冻结，或是分子筛粉末堵塞。冷冻机工作不正常，造成冷冻水温度升高，空气不能冷却到正常的温度。一方面使得空气离开喷淋塔时的饱和水含量增加；另一方面使得分子筛的吸附能力下降。喷淋塔断水或水位过高，将造成分子筛吸附器温度升高，或产生带水事故2.2.4为什么长期停车后，分子筛纯化器净化空气的效果显著降低用于净化空气的分子筛纯化器经长期停用之后，再行使用时会发现，其使用周期大大缩短。虽然加热用的氮气压力比正常操作时(停用前)高，加热时间长，加热氮气温度为3003200C，但加热氮气出口温度仍达不到要求，只有80900C。经过切换使用，情况会

23、逐渐好转。这是什么原因造成的呢?主要原因是：在长期停车过程中，由于阀门关闭不严，有水分被分子筛吸附。再开车时，分子筛吸附性能降低，造成使用周期大大缩短。再生时温度加不高的原因也是因为分子筛吸湿，而要从分子筛驱逐所吸水分，需要消耗解吸及蒸发所需的热能所致。解决办法是：用外热源将分子筛加热至3505500C进行活化，保温2h以上。这在条件较差的制氧站是很难做到的；停车期间分子筛纯化器内充氮保压，以防分子筛吸湿；选择合适的阀门，并在阀前加过滤网，以免分子筛粉末粘在阀顶、阀座上，影响阀门关闭后的气密性。结论通过此次毕业论文，我不仅把知识融会贯通，同时在查找资料的过程中也了解了许多课外知识，开拓了视野。 毕业设计是我作为一名学生即将完成学业的最后一次作业，他既是对学校所学知识的全面总结和综合应用，又为今后走向社会的实际操作应用铸就了一个良好开端，毕业设计是我对所学知识理论的检验与总结，培养和提高了我独立分析和解决问题的能力。在此要我还要感谢三年来老师们对我悉心的指导和帮助。虽然这个论文还有不足之处，但是在撰写过程中所学到的东西是这次毕业论文的最大收获和财富，使我终身受益。参考文献： 吴彦敏 气体纯化 北京：国防工业出版社，1983. 陆德民 石油化工自动控制设计手册（第三版） 北京：化学工业出版社，2000. 汤学忠 顾福民 新编制氧工问答 北京：冶金工业出版社，2001. 16