分子筛吸附器设计

分子筛吸附器的计算例：常温下综合净除空气中H2O和CO2的分子筛吸附器的计算。设计参数：加工空气量270Nm3/h工作压力2500kPa工作温度303K吸附剂5A分子筛，直径3～5mm。净化要求：CO2＜2ppmH2O露点在213K以下工作周期8h再生温度：吸附器进口＞523K，吸附器出口＞423K。计算内容1.所需分子筛质量的计算2.分子筛吸附器容积的确定3.再生过程计算（加热、冷却）4.加热炉功率的计算1.分子筛需要量的计算•吸咐水蒸汽所需的分子筛量在温度303K，压力2500kPa的空气中所含的饱和水蒸汽量为kgkgd/102.13−×=加工空气中所含的水蒸汽量hkgdVGOH/419.0102.1293.1270302=×××==−ρ水分吸附量一般为10～14％，取12％。则吸附水分所需要的分子筛量hkgMOHS/5.312.0419.0)(2==1.分子筛需要量的计算•吸附二氧化碳所需的分子筛量大气中二氧化碳浓度为300～400ppm，平均取350ppm。加工空气中所含的二氧化碳量为hkgdVGCOCO/187.0)10350(976.12706022=×××==−ρ二氧化碳吸附量（重量百分比）一般为1～3％，取1.5％。则吸附二氧化碳所需的分子筛量为hkgMCOS/5.12015.0187.0)(2==1.分子筛需要量的计算•单位时间内同时吸附水蒸汽、二氧化碳所需的分子筛量MShkgMMMGCOSOHSSCO/165.125.3)()(222=+=+==每班（8h）需要量MSZkgTMMSSZ128816=×==考虑加工空气量的变动和经再生后吸附能力下降，取备用系数30％，则实际所需的分子筛总量MkgMMSZ1663.1128%130=×=×=2.分子筛吸附器容积的确定•吸附器直径：工作条件下实际空气体积hmPTTPVVT/122735.23031.02703000=××==考虑气量有20％的变动，容器内气体线速度w（空塔速度）取为0.04m/s，则容器的直径为mwVDT375.004.014.336002.112436002.14=××××=×=π2.分子筛吸附器容积的确定分子筛所占容积Vf：5A球形分子筛的堆密度为780kg/m3，166kg球形分子筛所占容积为3213.0780166mVf==床层高度mDVhf213.0357.0785.0213.0422=×==π容器的径高比6357.013.2==Dh中压 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 3~53.再生过程计算•再生热量计算kJQQQQQQC54321++++=Q1吸附器本身的显热Q2分子筛的显热Q3水和二氧化碳的显热Q4水和二氧化碳的脱附热Q5热损失3.再生过程计算•再生热量计算kJQQQQQQC54321++++=Q1：吸附器本身的显热，也就是加热吸附器的热量。钢从常温加热到473K的平均比热，一只筒体加上管道法兰，估算质量为250kg，则kJTTmCQm41211013.2)303473(50.0250)(×=−××=−=Q2：分子筛显热。球形分子筛由常温加热到473K，平均比热0.88kJ/kg.K，则kJTTmCQm41221048.2)303473(88.0166)(×=−××=−=3.再生过程计算Q3：水和二氧化碳的显热，即水分和二氧化碳加热所需的热量。在加热再生时，二氧化碳比水容易挥发，为简化热量计算，可把二氧化碳看成是水；其次设想脱附温度接近373K（100℃沸点），水的比热)./(19.4KkgkJCm=则kJTTCmQmCOOH41231066.0)303373(19.4)015.012.0(166)(22×=−××+×=−=+3.再生过程计算Q4：水和二氧化碳的脱附热。假定脱附热按373K时的蒸发潜热进行计算。水的蒸发潜热kgkJr/1026.23×=则kJrmQCOOH4341008.51026.2%)5.1%12(16622×=××+×==+Q5：热损失，可取为再生热量的20％，则kJQQQQQ44432151007.2%2010)08.566.048.213.2(%20)(×=××+++=×+++=再生所需总热量kJQQQQQQC44543211042.1210)07.208.566.048.213.2(×=×++++=++++=3.再生过程计算3.再生过程计算•再生用氮气量的计算mphTcqΔ=再生过程氮气平均温降)./(045.1KkgkJcp=再生需要的氮气量KTTToim1352303473523=−−=−=Δ氮气的比热kgkJqh/141=kgqQGhSh8821411042.124=×==每kg加热氮气所能给出的热量3.再生过程计算再生需要氮气量kgGh882=设加温时间为4.5h。293K、120kPa的氮气密度3/357.12mkgN=ρhmGVNhh/1455.4357.188232=×==τρ每小时需要的氮气量为3.再生过程计算•冷却所需氮气量的计算吸附器由473K逐渐冷却到303K时，其平均温度kJQQQC44211061.410)48.213.2(×=×+=+=每1m3氮气由293K升到388K时吸收的热量KTm3882303473=+=冷却吸附器需要带走的热量mkJTTcqimpNC/135)293388(045.1357.1)(2=−××=−=ρ冷却所需的总氮气量343401351061.4mqQGCCC=×==以3h使吸附器冷却到303K，则每小时所需氮气量hmGVCC/11333403===τ4.加热炉功率的计算•考虑管道热损失，加热到553K，以保证进吸附器温度大于523K，再生氮气量为145m3/h，则由293K加热到553K所需的热量hkJTTcVQiopNh/1035.5)293553(045.1357.1145)(42×=−×××=−=ρ所需的电路功率kWN9.143600/1035.54=×=5.5冷冻法清除水和二氧化碳（自清除）换热：空气常温－>低温（-172℃）不需要用化学药剂与吸附剂，冻结清除空气中的水分和二氧化碳自清除在全低压切换式换热器的流程中，切换式换热器在换热的同时冻结清除空气中的水分和二氧化碳。原理空气通过切换式换热器时，温度从常温冷却到-172℃，空气中的水分和二氧化碳基本上全部冻结在通道里5.5冷冻法（自清除）冻结清除经过一定时间间隔，阀门自动切换，低压、干燥的污氮通过该通道，冰雪、干冰在这股气流中蒸发、升华、被带走空气在不同温度下饱和水分含量和饱和蒸气压g/m3g/m3空气中水和二氧化碳的析出规律加工空气的压力～5.88×105Pa空气中水蒸汽的分压力>>超过水三相点压力空气中的水蒸汽在蓄冷器(或可逆式换热器)中析出时，温度在0.007℃(水的三相点温度)以上析出物为液体(水珠或水膜)5.5冷冻法（自清除）水分水的三相点压力：水的三相点压力为610.5Pa空气中水的析出规律温度饱和水分含量30℃30.30g／m30℃4.85g／m3-40℃0.12g／m3-60℃0.011g／m3减少84%减少99.9％饱和蒸气压仅为1.066Pa，可以认为基本上已不含水分加工空气的压力～5.88×105Pa绝大部分水蒸汽是在30℃到0℃以液体水析出，0～－60℃以霜雪析出切换式换热器水分析出温度范围：－60℃以上空气中二氧化碳含量：(300～500×10-6)全低压流程，p＝5.88×105Pa＝4.42×104mmHg二氧化碳分压力：pCO2＝y×p=300×10-6×5.88×105=176Pa＝1.32mmHg在常温下，二氧化碳处于过热状态5.5冷冻法（自清除）空气中二氧化碳的析出规律二氧化碳三相点：－56.6℃，174×105Pa空气中二氧化碳的分压力远远低于三相点压力，析出时，气态直接变为固态，反之，固态又直接升华为气态。1mmHg＝133Pa二氧化碳的饱和蒸气压p-mmHg温度T-K•空气中二氧化碳含量300ppm时，常压和5.88×105Pa下，二氧化碳的分压力是多少?温度降至多少度时二氧化碳开始析出?5.5冷冻法（自清除）空气中二氧化碳的析出规律查 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf T=129.5K时，CO2达到饱和开始析出空气压力为5.88×105Pa时查表139.5K时CO2达到饱和空气在常压下二氧化碳的分压力mmHgPapypcoco22.04.291098.0103005622==×××=⋅=−Papypcoco4.1761088.5103005622=×××=⋅=−•若空气的压力为5.88×105Pa，切换式换热器冷端空气温度为－172℃时，含有多少CO25.5冷冻法（自清除）空气中基本上不含CO2101K相应的饱和蒸气压约为0.2×10-3mmHg26.66×10-3Pa空气中CO2含量为6532210045.01088.51066.26−−×=××==ppycoCO结论在空气中二氧化碳含量为300×10-6，空气压力为5.88×105Pa时，二氧化碳从-133℃左右开始析出，假若空气中二氧化碳的含量为500×10-6，它开始析出的温度约为-130℃。至-172℃时可认为二氧化碳已被清除5.5冷冻法（自清除）通常将-130℃～-172℃温度区间作为二氧化碳析出区(或冻结区)在蓄冷器末端空气中二氧化碳含量与空气平均温度的关系由于空气通过切换式换热器是一流动过程，在流动中析出的二氧化碳不一定能全部冻结在填料(或翅片)上，被气流夹带而进入下塔，出蓄冷器的空气中CO2的实际含量在5～8×10－5以上，出板式换热器一般比通过蓄冷器的CO2量会多一些。温度℃压力5.88bar空气中二氧化碳的含量ppm计算实际－1740.0243——－1730.0346.8－1720.0497.5－1710.0667.75－1700.098.1－1690.1210.8－1650.28205.5冷冻法（自清除）空气进入切换式换热器，T↓～至－60℃，水分析出区－60℃至－130℃，基本上是干燥区－130℃至－170℃左右，CO2析出区空气在出切换式换热器时，不但温度已降到接近液化温度，而且水分及CO2的含量也已极少，即净化了水分及CO2。不冻结条件必须定期地把析出和冻结下来的水分及CO2清除掉5.5冷冻法（自清除）返流气体在单位时间内带出的水分和二氧化碳>空气带入的水分和二氧化碳不冻结条件（自清洁能力）不冻结条件5.5冷冻法（自清除）从精馏塔来的污氮中基本上不含水分及CO2。1m3返流污氮中所能容纳的水分及CO2的最大含量(饱和含量)比正流空气低一些，但是由于污氮的压力比空气低得多，体积流量比空气大4～5倍，所以沉积的水分及CO2能全部清除干净返流污氮可把水分及CO2带走5.5冷冻法（自清除）正流空气温度T>返流气体T’•正、返流气体的温差大，对传热有利•返流气体温度低，返流气体的水分或二氧化碳的饱和含量就小，带出水分或二氧化碳的能力差，对自清除不利ΔTmin=T－T’表示的是自清除允许的最大温差。•实际操作中，必须使传热实际温差控制在自清除允许最大温差范围内才能保证自清除。•在切换式换热器水分、二氧化碳析出区的各不同温度截面，其允许的最大温差不同。保证自清除的最大允许温差水分自清除的最大允许温差nVppV=''二氧化碳自清除最大允许温差nVppV=''水分自清除允许最大温差t/℃pH2O/Pap’H2O＝0.313pH2O/Pat’/℃Δt最大＝t－t’-601.0660.33-68.38.3-503.8661.21-59.39.3-4012.94-49.79.7-3038.111.93-40.810.8-20103.432.4-31.611.6-1026081.3-22.512.50610.4190.6-13.513.5101227.7383.9-5.615.6202338733.15-2.417.6304241.61327.711.118.9二氧化碳自清除允许温差t/℃pCO2/Pap’CO2＝0.313pCO2/Pat’/℃Δt最大＝t－t’-17226.66*10-383.4×10-3-175.53.5-17049.3*10-315.46×10-3-173.63.6-165210.6*10-365.98×10-3-1694-160786.5*10-3246.6×10-3-164.54.5-1552.6530.83-159.84.8-1508.0642.52-155.245.2-14522.397.01-150.75.7-14057.4518-146.16.1-135137.342.9-141.66.65.5冷冻法（自清除）•二氧化碳自清除允许温差比水分自清除允许温差小•随着正流空气温度的降低，自清除允许温差减小冷端(－172℃)截面CO2自清除允许温差为最小不冻结条件为：△t冷≤△t冷最大△t冷——正、返流气体的冷端传热温差△t冷最大——冷端自清除最大允许温差保证自清除措施5.5冷冻法（自清除）在蓄冷器中部-100～-120℃温度范围内，抽出一股正流空气，使抽口下部正流空气量小于返流量，以使正流空气冷却到所需温度。中抽量通常占加工空气量的10％～15％中抽法3T/K21Q/(kJ/kg)二氧化碳吸附器返流气体空气5.5冷冻法（自清除）环流法环流量一般为加工空气量的12％～15％与中抽比较，流程及设备简化，蓄冷器或板翅式可逆式换热器被广泛地应用3T/K21Q/(kJ/kg)返流气体空气切换式换热器的切换周期5.5冷冻法（自清除）•切换式换热器为了满足自清除的要求，不能连续工作•若切换时间太长，切换式换热器会被堵塞•若太短，切换频繁，损坏切换系统，影响切换式换热器寿命及空分塔波动频繁依据可能堵塞的危险截面之间的体积已被冻结的水分占据了20％～30％即需切换。切换周期的设定空气的饱和含水量远远大于空气的二氧化碳饱和含量，所以，危险区段应在水分冻结区自清除理论的评述•目清除理论是由蒙森提出的。这一理论将换热与净化两个功能巧妙地统一在换热器内完成。当时是一项技术突破。并且，实现不平衡流理论的环流法，成为应用于制氧机上公认的最经济 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 。•存在问题：带入下塔的二氧化碳干冰的量比理论值大百倍之多，原因有两个：一是气流击夹带作用的结果。二是二氧化碳冻结区内温度分布不合理。•气流分布与自清除问题。单元之间偏流大干4％，将无法实现自清除。通常单元组之间的阻力差小于2％。•小单元的传热平衡问题。•自清除的实现，净化系统的可靠性，除设计、制造质量保证外，在很大程度上取决于使用操作。只要严格按 规程 煤矿测量规程下载煤矿测量规程下载配电网检修规程下载地籍调查规程pdf稳定性研究规程下载 操作，科学管理，自清除这一净化 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 能够确保制氧机安全生产。分子筛净化流程是压缩空气进入冷箱以前，先经过分子筛纯化器，清除空气中的水分、二氧化碳等杂质，不会出现空气在冷却过程中再析出、冻结这些杂质，可保证空分装置的正常工作。与切换式换热器净化流程相比，优点：1)在清除水分、二氧化碳等杂质的同时，吸附乙炔等碳氢化合物，在冷箱内一般不需再设置乙炔吸附器及相应的液氧泵等，使流程大大简化，管道阀门、法兰的数目也可减少；2)主热交换器单纯换热，省去频繁工作的切换阀，降低了切换噪声。换热器通道不受交变应力，可延长设备寿命；3)简化了设备操作。特别是在启动阶段，需要有丰富经验的操作工进行操作，以免膨胀机出现堵塞现象。而分子筛净化流程启动操作大大简化；分子筛净化流程与切换式换热器净化流程比较4)不需要专门的加热解冻系统。加热干燥可直接利用净化后的低温原料空气，简化了加热操作，减少了设备，也减轻了加热带来的热影响；5)返流污氮的数量没有要求，因此可以增大纯氮的产量。切换式流程氧与纯氮产量比为1：1.1，而分子筛净化流程二者之比可达1：(2.5～3.5)；6)切换式换热器的切换时间约为4~8min，而吸附器的切换时间可延长到2～4h，因此大大减少了空气的切换损失，从而可降低能耗，提高氧的提取率；7)延长设备的运转周期。在正常情况下，分子筛净化的效果优于冻结法自清除的效果，设备连续运转的周期可从1年延长到2年。目前空分装置均采用分子筛吸附净化流程。分子筛净化流程与切换式换热器净化流程比较5.6空气的防爆•据统计空分装置爆炸部位多发生在主冷凝蒸发器液氧蒸发区域。其原因是危险杂质乙炔及其它碳氢化合物浓缩及析出所致。•危险杂质的来源主要随原料空气而带入。此外，如果空气压缩过程气体带油而裂解也会增加原料空气中的乙炔及碳氢化合物的含量。大气中碳氮化合物含量（*10-6)甲烷乙烷乙烯乙炔丙烷丙烯正丁烷异丁烷正戊烷异戊烷10.01～0.50.01～0.50.01～0.50.01～0.50～0.10.01～10.01～0.10~0.20~0.25.6空气的防爆危除杂质在气氧和液氧内爆炸下限爆炸混合物在液氧中呈现状态爆炸下限气氧内体积%液氧内体积%氧－甲烷溶解5.120氧－乙烯悬浮34.5氧－乙炔悬浮2.52.8氧－丙烷分层2.31.5氧－丙烯分层2.10.37氧－丁烷悬浮1.81.7液氧内爆炸危险性最大的似乎是丙烯，但丙烯在大气含量经常为零。乙炔在液氧中的爆炸敏感性最强。实际上乙炔危险性最大。爆炸敏感性的增强顺序为：甲烷＜丙烷＜丁烷＜丁烯＜乙烯＜丙烯＜乙炔乙炔在空分塔中分布•进入下塔的乙炔溶解在液空中（液空对乙炔的溶解度约为20*10-6）。•乙炔随液空节流后进入上塔；随液体下流而到冷凝蒸发器的氧侧。在液氧中乙炔的溶解度只有5.2*10-6左右。在液氧蒸发时，气氧中乙炔含量只占液氧乙炔量的3％~5%，也就是95%以上的乙炔在液氧内积聚。•进入“主冷”乙炔虽然很少，但时时积累，很快就会超出液氧对乙炔的溶解度而析出。乙炔析出时呈白色固体漂浮于液氧面上，在引爆因素作用下极易爆炸。气氧中乙炔与液氧中乙炔的比例与液氧温度的关系温度／K909192939495气氧乙炔／液氧乙炔1/371/311/27l/21l/241/18.5净化方法1）液相吸附2）气相吸附分子筛纯化器常温气相吸附除乙炔3）定期排放少量液氧4）控制大气乙炔含量5）消除引爆源摩擦与冲击、静电放电、压力脉冲、液态臭氧的存在，氮氧化物以及有机过氧化物等都是引爆源液相吸附•以往中压小型制氧机空气净化应用干燥器除水，碱塔清除二氧化碳。为清除乙炔需要设置液空吸附器及液氧吸附器。•全低压切换式换热器流程因为自清除不能清除乙炔及其它碳氢化合物，必须设置液空吸附器及液氧吸附器。带液空和液氧吸附器的空分流程液空吸附器液氧吸附器细孔硅胶主冷液氧乙炔含量a一使用液空及液氧吸附器b一只使用液空吸附器c一只使用液氧吸附器d一不使用吸附器带有低温气相吸附器的空分流程低温气相吸附器设置在主热换器的冷端。吸附剂采用硅胶，硅胶除吸附氢化合物外，还能净除CO2。净化方法净化介质净化中设备设置吸附剂催化剂或填料净化温度(℃)再生温度(℃)清除杂质清除效果吸附法气相吸附空气吸附器5A或13X分子筛常温或低于常温，5~10宜进口温度250~300，出口温度120~150H2O、CO2、C2H2及其它碳氢化合物>99%，对饱和碳氢化合物及乙烯的净除效果较差空气吸附器细孔硅胶或铝胶≤-120进口温度150~180，出口温度60~80CO2、C2H2及其它碳氢化合物90~98%，对乙烷、乙烯的净除效果较差（<10%）液相吸附液空或液氧吸附器细孔硅胶≤-170进口温度35~50下保持2小时C2H2及其它碳氢化合物C2H290~95%，其它CnHm50~60%冻结法空气可逆式换热器或蓄冷器板翅表面或石头填料低温H2O、CO2、C2H2及其它碳氢化合物C2H2卵石80~90%，其它CnHm40%催化法空气纯化器银机械分离法空气油分离器或油过滤器拉西环、大衣呢、吸附剂或沉降法常温油90~99%排放液氧液氧配合液氧循环吸附法，从主冷凝器拍走约为氧产量1%的液氧碳氢化合物有效一些公司液氧中乙炔、碳氢化合物含量标准公司名称乙炔碳氢化合物正常警戒停车警戒停车林德公司<0.01ppm0.01ppm1ppm日本氧气公司0.1mg/L1mg/L40mg/L100mg/L日本公司0.6mg/L1mg/L40mg/L100mg/L神户制钢所0.4mg/L1mg/L美国空气制品与化学品公司2ppm110~120ppm350ppm法国空气液化<1ppm1ppm2ppmCH4500ppmC2H6250ppmC2H4250ppmC3H8170ppm英国氧气公司0.1ppmCH480ppmC2H610ppmC3H82ppmC4H100.1ppm俄罗斯<0.04mg/L≤0.2mg/LCH4+C2H6+C3H8430mg/L1cm3C2H2/L液氧＝1.773mgC2H2/L液氧＝1.03ppm第五章完EndofChapterFive 分子筛吸附器的计算 计算内容 1.分子筛需要量的计算 1.分子筛需要量的计算 1.分子筛需要量的计算 2.分子筛吸附器容积的确定 2.分子筛吸附器容积的确定 3.再生过程计算 3.再生过程计算 3.再生过程计算 3.再生过程计算 3.再生过程计算 3.再生过程计算 3.再生过程计算 3.再生过程计算 4.加热炉功率的计算 幻灯片编号17 5.5冷冻法清除水和二氧化碳（自清除） 幻灯片编号19 幻灯片编号20 空气中水和二氧化碳的析出规律 空气中水的析出规律 空气中二氧化碳的析出规律 幻灯片编号24 幻灯片编号25 幻灯片编号26 结论 在蓄冷器末端空气中二氧化碳含量与空气平均温度的关系 幻灯片编号29 不冻结条件 不冻结条件 幻灯片编号32 幻灯片编号33 幻灯片编号34 幻灯片编号35 幻灯片编号36 幻灯片编号37 保证自清除措施 幻灯片编号39 切换式换热器的切换周期 自清除理论的评述 幻灯片编号42 幻灯片编号43 幻灯片编号44 幻灯片编号45 幻灯片编号46 幻灯片编号47 幻灯片编号48 乙炔在空分塔中分布 幻灯片编号50 净化方法 液相吸附 幻灯片编号53 幻灯片编号54 幻灯片编号55 幻灯片编号56 幻灯片编号57 第五章完�EndofChapterFive