分子筛吸附原理.docx

1、分子筛吸附原理分子筛吸附原理 吸附是一种把气态和液态物质（吸附质）固定在固体表面（吸附剂）上的物理现象，这种固体（吸附剂）具有大量微孔的活性表面，吸附质的分子受到吸附剂表面引力的作用，从而固定在上面。引力的大小取决于：-吸附剂表面的构造（微孔率） ；-吸附质的分压 ；-温度。 吸附伴随着放热，是一种可逆的现象。类似于凝结：-如果增加压力。吸附能力增加 ；-降低温度，吸附能力增加。 因此，在吸附时，要使压力升到最高，温度降到最低。解吸时，则要使压力降到最低 ，温度升到最高。带有吸附床的净化工艺 也叫空气净化的“干燥脱除CO2”工艺。 为使空气获得较低的净化前温度，常用制冷机组或空气水冷塔对其进行

2、降温。（图中的“X10”表示预冷设备。） 净化装置位于空气压缩机、空气预冷系统之后，为了保持净化器工作的连续性，需要使用两台吸附器。当一台工作时（即正在脱除H2O与CO2），另一台处于再生状态。吸附阶段 由于氧化铝吸附CO2的效果很差，故它主要用于吸附H2O，而位于其后的分子筛则处理 干燥后含有 CO2的空气。 注：分子筛具有很强的吸水性，因此，在吸附和再生期间绝不能让分子筛与水份接触而降低其吸附CO2的能力。如果有意外情况发生使水份带入了分子筛，惟有高温特殊再生（见10 章）才能够使其恢复原有的吸附性能。 下图显示了吸附质在临近穿透的时刻（在吸附阶段结束），CO2与H2O在两种吸附床层 中及

3、给定时间内的含量分布图。吸附器必须在吸附质的前锋抵达吸附出口之前进行再生（即在穿透之前）。再生阶段:再生就是利用压力和温度两方面的因素，将吸附器里的吸附质排出去。首先，将吸附器降压至较低的压力（大气压力）。用加热的干燥气体，解吸并带走所吸附的吸附质。然后，用未加热的干燥气体，将热端面推向铝胶床层，直至其出口，这样。吸附剂又恢复到随之而来的吸附阶段时的正常温度。 过程见图示 ：吸附器1 吸附器2 即为 ：-吸附净化 ；-降压 ；-用加热的干气体吹扫吸附器 ； -用未经加热的干气体吹扫吸附器 ；-升压。 在有其他中间过程的大型装置中，该循环过程可能更为复杂。下表列出了大型装置的各个阶段，并附有步进

4、条件。吸附器 1 FOR BOTTLE 1阶 段 该阶段结束的条件备 注1并联阀门动作完成2空气切断阀门动作完成3降压低压联锁(PSL)的时间延续4吹除阀门动作完成调节流量5加热时间延续电或蒸汽加热安全的低温联锁(TSL)6冷却时间延续高温切断联锁控制(TSH)7污氮切断阀门动作完成8升压低压差联锁(PDSL)的时间延续9待用切换周期的时间延续 各步逐可以由下面的图示说明。 例如 ：-吸附器R01处于再生状态 ；-吸附器R02处于工作状态。第三步吸附器R01：降压状态吸附器R02：吸附状态阀门动作：V10：打开步进条件：V10 开PSL1：低压报警PSL1 计时第八步吸附器R01：升压状态吸附

5、器R02：吸附状态阀门动作：V11：打开步进条件：PDSL1: 无压差报警调节 为了减少热量损耗和机械疲劳，最好使吸附器切换的循环周期尽可能长，而升压和降 压时间尽可能短，以减少再生后的等待时间。 注：吸附器升压、降压时间缩短的可能性，应使气流在吸附器内的穿行速度不超出允 许范围，以减少机械损耗。 调节再生气的流量是为了能在要求的时间内完成吸附剂的再生。 调整安全的加热温度。 调节加热的时间，以便使吸附器出口气流温度实际超过要求的温度（峰值 t2, t3, t4, ）。 调节PDSL和PSL到20kPa。 在再生期间，再生气流在吸附器进、出口处的温度分布，见于下图 ：从吸附器入口曲线，可以识别

6、出加热阶段和冷却阶段。温度曲线中的衰减部份是由于再生吸附器上游的金属余热而形成的（管道，无旁通的加热器）。 吸附器出口的温度曲线，依次对应着各个再生步骤（在该再生过程中CO2的解吸不重要，固不考虑）。 当时间达到t1时，吸附器的热端面的前锋还未抵达水份饱和的吸附区域，水的解吸是在 冷状态下进行。 在时间处于t1和 t2之间时，热端面的前锋已经抵达水份饱和的吸附域，水份的解吸现在 已是在热状态下进行了，并且解吸加剧。 从再生开始起，吸附器出口的气流中，水份就是饱和的。 当到达t2时，水份已被完全解吸，导入吸附器的过剩热量以“热峰”的形式呈现出来 (t2, t3, t4)。 到t3时刻，冷却开始，

7、进入吸附器的冷端面前锋随即在出口呈现出来。出吸附器的气流 温度以类似于吸附器冷却时的入口温度的规律递减。并趋近于冷却温度Tref，当其与Tref的 温差达到时，再生便告完成。 虚线示意的是使用完全干燥的吸附剂时吸附器出口的温度曲线。“典型”故障-阀门故障（堵塞，泄漏等） ；-升压和降压期间，由于压力调节开关动作失常导致循环中止 ；-蒸汽加热器泄漏，导致再生气流含湿（由水份分析控制） ；-加热与冷却超时（再生气量不足） ；-再生温度太低（再生气量太大） ；-两台吸附器的压降不等，切换行期间引起进冷箱空气冷箱的压力波动，给装置 调节带来困难 ；-吸附剂破损现象，即由于受气流冲击使吸附剂颗粒破碎，形成粉尘（降压，升 压速度过快）。