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變壓吸附（Pressure Swing Adsorption.簡稱PSA）是一種新型氣體吸附分離技術(shù),，它有如下優(yōu)點：⑴產(chǎn)品純度高,。⑵一般可在室溫和不高的壓力下工作,，床層再生時不用加熱,，節(jié)能經(jīng)濟,。⑶設(shè)備簡單，操作,、維護簡便。⑷連續(xù)循環(huán)操作,，可完全達到自動化,。因此，當(dāng)這種新技術(shù)問世后,，就受到各國工業(yè)界的關(guān)注,，競相開發(fā)和研究，發(fā)展迅速,，并日益成熟,。
2 y( W Q9 I4 ^! a% U5 O e1 K: Z 1960年Skarstrom提出PSA專利，他以5A沸石分子篩為吸附劑,，用一個兩床PSA裝置,，從空氣中分離出富氧，該過程經(jīng)過改進,，于60年代投入了工業(yè)生產(chǎn),。70年代，變壓吸附技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用取得了突破性的進展,，主要應(yīng)用在氧氮分離,、空氣干燥與凈化以及氫氣凈化等。其中,，氧氮分離的技術(shù)進展是把新型吸附劑碳分子篩與變壓吸附結(jié)合起來,，將空氣中的O2和N2加以分離,，從而獲得氮氣,。% l8 W; ]- f0 }- u
隨著分子篩性能改進和質(zhì)量提高，以及變壓吸附工藝的不斷改進,，使產(chǎn)品純度和回收率不斷提高,，這又促使變壓吸附在經(jīng)濟上立足和工業(yè)化的實現(xiàn)。
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原理
2 y$ y) W; _! t! M4 @" ? 任何一種吸附對于同一被吸附氣體（吸附質(zhì)）來說,，在吸附平衡情況下,，溫度越低，壓力越高,，吸附量越大,。反之，溫度越高,，壓力越低,，則吸附量越小。因此,，氣體的吸附分離方法,，通常采用變溫吸附或變壓吸附兩種循環(huán)過程,。
1 D+ A* [/ ^. Q 如果壓力不變，在常溫或低溫的情況下吸附,，用高溫解吸的方法,，稱為變溫吸附（簡稱TSA）。顯然,，變溫吸附是通過改變溫度來進行吸附和解吸的,。變溫吸附操作是在低溫（常溫）吸附等溫線和高溫吸附等溫線之間的垂線進行，由于吸附劑的比熱容較大,，熱導(dǎo)率（導(dǎo)熱系數(shù)）較小,，升溫和降溫都需要較長的時間，操作上比較麻煩,，因此變溫吸附主要用于含吸附質(zhì)較少的氣體凈化方面,。
3 M/ j6 C* p3 c( [ 如果溫度不變，在加壓的情況下吸附,，用減壓（抽真空）或常壓解吸的方法,，稱為變壓吸附�,？梢�,，變壓吸附是通過改變壓力來吸附和解吸的。$ ]/ J8 E+ F" d, ?" n: T0 r
變壓吸附操作由于吸附劑的熱導(dǎo)率較小,，吸附熱和解吸熱所引起的吸附劑床層溫度變化不大,，故可將其看成等溫過程，它的工況近似地沿著常溫吸附等溫線進行,，在較高壓力（P2）下吸附,，在較低壓力（P1）下解吸。變壓吸附既然沿著吸附等溫線進行,，從靜態(tài)吸附平衡來看,，吸附等溫線的斜率對它的是影響很大的，在溫度不變的情況下,，壓力和吸附量之間的關(guān)系,，如圖示所示，圖中PH表示吸附壓力,，PL表示解吸（減壓后）壓力,，這時PH與PL所應(yīng)的吸附量的差，實質(zhì)上是有效吸附量,，以Ve表示之,。顯然，直線型吸附等溫線的有效吸附量比曲線型（Langmuir型）的要來得大,。 K! L( d- [7 P$ n, P3 x. E
吸附常常是在壓力環(huán)境下進行的,，變壓吸附提出了加壓和減壓相結(jié)合的方法,，它通常是由加壓吸附、減壓再組成的吸附一解吸系統(tǒng),。在等溫的情況下,，利用加壓吸附和減壓解吸組合成吸附操作循環(huán)過程。吸附劑對吸附質(zhì)的吸附量隨著壓力的升高而增加,，并隨著壓力的降低而減少,，同時在減壓（降至常壓或抽真空）過程中，放出被吸附的氣體,，使吸附劑再生,，外界不需要供給熱量便可進行吸附劑的再生。因此,，變壓吸附既稱等溫吸附,，又稱無熱再生吸附。! b8 K& ]; \4 a
變壓吸附,吸附,PSA
( ^3 R1 T6 K, V" S! F8 A8 X 來自空氣壓縮機的壓縮空氣,，首先進入冷干機脫除水分,，然后進入由兩臺吸附塔組成的PSA制氮裝置，利用塔中裝填的專用碳分子篩吸附劑選擇性地吸附掉O2,、CO2等雜質(zhì)氣體組分,，而作為產(chǎn)品氣N2將以99%的純度由塔頂排出。; F5 Y! s' G$ P0 P+ M" \2 {' v
在降壓時,，吸附劑吸附的氧氣解吸出來,，通過塔底逆放排出，經(jīng)吹洗后,，吸附劑得以再生,。完成再生后的吸附劑經(jīng)均壓升壓和產(chǎn)品升壓后又可轉(zhuǎn)入吸附。兩塔交替使用,，達到連續(xù)分離空氣制氮的目的,。& Q6 v6 C7 C* B4 V
用碳分子篩制氮主要是基于氧和氮在碳分子篩中的擴散速率不同，在0.7-1.0Mpa壓力下,即氧在碳分子篩表面的擴散速度大于氮的擴散速度,，使碳分子篩優(yōu)先吸附氧，而氮大部分富集于不吸附相中,。碳分子篩本身具有加壓時對氧的吸附容量增加,，減壓時對氧的吸附量減少的特性。利用這種特性采用變壓吸附法進行氧,、氮分離,。從而得到99．９９%的氮氣。/ K1 ^/ }/ V% l) H% }
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變壓吸附發(fā)展史0 F# _; }4 h1 w/ H2 D e
變壓吸附空分制氧始創(chuàng)于20世紀(jì)60年代初(Skarstrom, 1960; Guerin de Montgarenil & Domine, 1964),，并于70年代實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn),。在此之前,傳統(tǒng)的工業(yè)空分裝置大部分采用深冷精餾法(簡稱深冷法) 8 }, z' r+ p3 q9 ]7 Q/ ?
80年代以來至今CaX和LiX等高吸附分離性能的沸石分子篩的相繼開發(fā)利用和工藝流程的改進,，使得變壓吸附空分技術(shù)得到迅速地發(fā)展，與深冷空分裝置相比,，PSA過程具有啟動時間短和開停車方便,、能耗較小和運行成本低、自動化程度高和維護簡單,、占地面積小和土建費用低等特點,。在不需要高純氧的中小規(guī)模(小于100噸/天，相當(dāng)于3000Nm3/h )氧氣生產(chǎn)中比深冷法更具有競爭力,。廣泛的應(yīng)用于電爐煉鋼,、有色金屬冶煉、玻璃加工,、甲醇生產(chǎn),、碳黑生產(chǎn)、化肥造氣,、化學(xué)氧化過程,、紙漿漂白、污水處理,、生物發(fā)酵,、水產(chǎn)養(yǎng)殖、醫(yī)療和軍事等諸多領(lǐng)域(楊,，1991; Kumar, 1996; Jee, Park, Haam & Lee,2002),。 - ?8 I5 [& Q8 U5 c0 c8 a
四十多年來變壓吸附空分制氧技術(shù)的研究進展主要表現(xiàn)在兩個方面:一是空分制氧吸附劑和其吸附理論的研究方面，二是空分制氧工藝循環(huán)過程的研究方面(Sircar,1994;Ruthven.Farooq&Knaebel, 1994),。國內(nèi)對這項技術(shù)的研究盡管起步較早,，然而在較長的一段時間內(nèi)發(fā)展相對較緩。直至進入九十年代以來,，變壓吸附制氧設(shè)備的優(yōu)越性才逐漸被國人認(rèn)可,，近幾年各種流程的設(shè)備相繼投產(chǎn)為各行各業(yè)帶來了巨大的經(jīng)濟效益。 |
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發(fā)表于 2010-5-5 19:58:34
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伸手黨/灌水/看不懂
樓主
哈哈