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分子篩純化器的裝填和吸附

日期:2011年07月16日 | 10:56 作者：河南銘澤科技 瀏覽:

    根據(jù)床層設(shè)計(jì)，可以將分子篩純化器分為三種：立式，臥式和環(huán)形。
    立式床的特點(diǎn)為緊湊體積小，占地面積小，但氣流分布容易不均勻。見(jiàn)于立式床的橫截面積的有限性，立式床的床層通常較高，分子篩一般采用4*8目或1/8”條，以減少分子篩氣流的阻力，防止床層受到氣流沖擊發(fā)生床層反轉(zhuǎn)現(xiàn)象(Bed lifting)。立式床一般用于3000m3/h以下的小空分。臥式床同樣為圓柱形，使用時(shí)是臥式的，分子篩裝填于中間部分，臥式床的分子篩的裝填高度0.8-1.2米，可以減少Bed lifting的產(chǎn)生，采用多個(gè)進(jìn)氣口進(jìn)氣，氣流分布比較均勻，為3000m3/h以上的大空分使用。環(huán)形分子篩純化器是將分子篩裝填在一個(gè)環(huán)形的空間內(nèi)，從環(huán)形內(nèi)部進(jìn)空氣，從外部出氣。環(huán)形裝填方式可以有效防止床層受到氣流沖擊發(fā)生反轉(zhuǎn)，保證純化器的正常運(yùn)行。
    分子篩對(duì)水分的吸附能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)強(qiáng)于對(duì)CO2的吸附能力，因此吸附水分后的分子篩再生時(shí)需要的再生溫度較高。小空分純化器的再生采用電加熱，可以加熱至250℃左右較高的溫度，分子篩的再生比較徹底。大空分純化器的再生通常采用中壓蒸汽加熱，一般加熱溫度在170-185℃，吸附的水分很難再生完全或者再生需要很長(zhǎng)的時(shí)間，因此大空分純化器在分子篩床層之前通常裝填三氧化二鋁，用來(lái)吸附水分。活性氧化鋁對(duì)水分的吸附能力比分子篩弱的多，需要的再生溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于分子篩，蒸汽加熱完全可以使活性氧化鋁再生完全。
    分子篩床層裝填的平整度嚴(yán)重影響床層的穿透時(shí)間，保證床層的裝填均勻平整，可以有效保證分子篩床層的使用時(shí)間。通常分子篩裝填時(shí)每一大桶分子篩倒入后，攤平，然后再倒下一桶。由于分子篩對(duì)水分的吸附很快，因此裝填時(shí)應(yīng)選擇晴朗干燥天氣，盡量減少分子篩對(duì)水分的吸附。床層裝填完成后，根據(jù)使用的分子篩情況，一般需要再生一次，然后準(zhǔn)備投入使用。
    一般大空分裝置在分子篩純化器前都裝有空氣預(yù)冷系統(tǒng)，在進(jìn)純化器前將空氣預(yù)冷至6-10℃。通過(guò)預(yù)冷一方面可以大大減少空氣中的水分含量，另一方面可以增加分子篩床層對(duì)CO2的吸附量。在壓力較低時(shí)，氣體的粘度大。在純化器的充壓階段，應(yīng)該緩緩打開(kāi)進(jìn)氣閥，絕對(duì)禁止突然開(kāi)啟。突然開(kāi)啟，純化器中突然進(jìn)入大量氣體，容易造成Bed lifting使床層掀翻。床層達(dá)到預(yù)定壓力后，可以進(jìn)行正常吸附。
   分子篩純化器在使用過(guò)程中，通常需要對(duì)其進(jìn)口和出口溫度加以監(jiān)控。在吸附過(guò)程中，由空氣進(jìn)出純化器溫度的變化所形成的兩條曲線(xiàn)被稱(chēng)為“吸附溫度曲線(xiàn)”。在再生過(guò)程中，由污氮?dú)膺M(jìn)出純化器溫度的變化所形成的兩條曲線(xiàn)被稱(chēng)為“再生溫度曲線(xiàn)”。分子篩純化器運(yùn)行的好壞，都會(huì)在其溫度曲線(xiàn)上有所體現(xiàn)。因而，在分子篩純化器的運(yùn)行過(guò)程中，認(rèn)真檢查和分析溫度曲線(xiàn)，具有很重要的實(shí)際意義。一般情況下，只要空氣預(yù)冷系統(tǒng)正常，空氣進(jìn)純化器溫度就不會(huì)變化，因而溫度曲線(xiàn)是一條水平的直線(xiàn)。而空氣出純化器溫度除剛開(kāi)始的一段時(shí)間較高處，以后變化也極小，因而也近似是一條直線(xiàn)。
    空氣在經(jīng)過(guò)純化器后，溫度會(huì)有所升高。這是因?yàn)榭諝庵械乃�分和二氧化碳被分子篩吸附，而吸附是個(gè)放熱過(guò)程。對(duì)于全低壓流程空分設(shè)備而言，空氣進(jìn)純化器壓力在0.6Mpa（G）左右。如果空氣預(yù)冷系統(tǒng)配有冷凍機(jī)，則空氣進(jìn)純化器溫度約為6-10℃。在這種情況下，空氣進(jìn)出純化器溫度之差約為3-4℃。在分子篩純化器由再生轉(zhuǎn)為使用，吸附工作剛開(kāi)始的一段時(shí)間內(nèi)，空氣出純化器溫度較高，這時(shí)出口溫度要比進(jìn)口高出近20℃。這種現(xiàn)象在大多數(shù)情況下并不是由于再生過(guò)程中的冷吹不徹底造成的，而是由于純化器在切換至使用前的充壓過(guò)程造成的。在空分設(shè)備中用于吸附水分和二氧化碳等13X分子篩，除對(duì)極性分子如水和二氧化碳等具有吸附能力外，對(duì)非極性的氮?dú)夂脱鯕庖灿幸欢ǖ奈�附作用。充壓過(guò)程是一個(gè)壓力上升的過(guò)程，隨著壓力升高，分子篩的靜吸附容量增大，更多的氮?dú)夂脱鯕獗环肿雍Y所吸附。而這個(gè)過(guò)程同樣是個(gè)放熱的過(guò)程，這種放熱使得分子篩床層溫度升高。當(dāng)充壓后的純化器轉(zhuǎn)為使用時(shí)，空氣將分子篩床層的熱量帶出來(lái)，從而引起出口溫度的升高。另外保溫層中殘余熱量也會(huì)造成分子篩床層的溫升現(xiàn)象。有的空分設(shè)備中，采用增加一個(gè)“混合”步驟，可以減少這種溫度波動(dòng)對(duì)主換熱器的不利影響。“混合”步驟是指剛再生過(guò)的純化器投入使用后，原在吸附工作的純化器繼續(xù)使用，并列運(yùn)行一段時(shí)間。這樣由于從原使用的純化器中出來(lái)的空氣溫度是較低的，混合在一起的空氣溫度也就不至于會(huì)象單獨(dú)使用一個(gè)純化器那樣高了。
    如果空氣進(jìn)純化器溫度升高，則溫差也相應(yīng)會(huì)有所增大，這是因?yàn)榭諝鉁囟壬�高使得空氣中水含量增多。如果在純化器使用過(guò)程中（剛開(kāi)始使用的一段時(shí)間除外），出純化器空氣溫度突然升高，而進(jìn)純化器溫度和壓力卻較為穩(wěn)定，這種情況往往顯示空氣已經(jīng)將空冷塔的水帶入分子篩純化器了。分子篩對(duì)水分的吸附能力最強(qiáng)，吸附水分的放熱也是最大的。純化器的溫升對(duì)水分是非常敏感的。