Vol.25 No.2 乐恺等：基于PLC的变压吸附制高纯氧系统 187- 的电磁程控阀vl~v4进行较长时间(Cl5min)的切 无油空气压缩机的压力为0.8-0.85MPa.采用 换控制.采用定时器对沸石和碳分子筛吸附床的 KHL一2型智能氧浓度测试仪监测氧气纯度，并采 电磁程控阀v8v11,vl7~v20,反吹阀v12和均压 用铜氨溶液吸收法作精确测定， 阀v21进行控制.其中，关联的电磁阀之间的切 在上述工况下，分别对吸附周期的选择，第 换，需要采用延时定时器来消除由于气动信号滞 二级吸附的出口排气量对氧纯度的影响进行了 后于电信号的影响. 研究和分析， 切换周期对产品气的纯度有很大影响，因 3.1吸附周期的选择 此，在系统研制过程中，控制系统需完成时间设 吸附周期在变压吸附制氧工艺中，对氧气纯 定输入和在线修改时间常数的功能，本文采用 度起着关键作用.吸附周期较短时，使分子筛的 BCD码拨盘组完成时间参数的设定，同时，通过 吸附压力和吸附容量降低，而吸附周期较长时氮 RS232接口模块，实现上位机对制氧过程的在线 气则会穿出吸附床层，这样都会影响产品气的纯 监控，以随时对各时间参数进行调整 度，同时，吸附周期与氧纯度的关系还受很多因 变压吸附制高纯氧实验装置的控制框图如 素的影响，因此，需要经过实验来确定最佳的吸 图2所示，控制程序框图如图3所示. 附周期. 通过实验，得到了沸石分子筛吸附床和碳分 上位机在线监控 子筛吸附床中氧气纯度与吸附周期的关系，结果 分别如图4和图5所示. 输入控制 CPMIA 的 BCD码 PLC主机 执行机构 吸 95 时间设定 板 电磁阀 94 t 93 图2变压吸附制高纯氧装置的控制框图 一·一高值 Fig.2 Control diagram of experimental facility for high …低值 92L purity oxygen production 28 30 32 34 36 吸附周期s 开始 图4沸石分子筛吸附床中氧气纯度与吸附周期的关系 是 Fig.4 Relation between adsorption time and oxygen purity 扫描结束> in the zeolite molecular sieve column 香 拨盘，采样输入 结束) 计算和主体控制 8 输出处理 97 图3控制器程序框图 6 一一 高值 4…低值 Fig.3 Flow chart of the programmable controller 95 60 80100 120 140 3实验 吸附周期/s 图5碳分子筛吸附床中氧气纯度与吸附周期的关系 实验中，第一级吸附的吸附剂为5A沸石分 Fig.5 Relation between adsorption time and oxygen purity 子筛，吸附床尺寸为中133mm×900mm,用量为2 in the carbon molecular sieve column ×5500g.第二级吸附使用具有高吸附性能的3A 结果表明，第一级吸附的吸附周期为34s并 ~4A德国BF碳分子筛，分子筛颗粒度为2~3mm, 且第二级吸附的吸附周期为100s为最佳吸附周 用量为2×240g,吸附床尺寸为中34mm×650mm. 期，所得到的产品氧气的最高纯度可达到99.5%.V心L 2 5 N o 一 2 乐 恺等 : 基 于 P L C 的变压 吸 附制 高 纯氧 系统 的 电磁 程控 阀 vl ~v 4 进行 较 长 时 间 (>l s m in) 的切 换 控 制 . 采 用定 时 器对沸 石 和 碳分 子筛吸 附床 的 电磁 程 控 阀 v s、 1 1 , v 17~v 2 0 , 反 吹 阀 v 12 和 均 压 阀 v 2 1 进 行 控 制 . 其 中 , 关 联 的 电磁 阀之 间 的切 换 , 需 要采 用延 时 定时 器来 消 除 由于气 动 信号滞 后 于 电信 号 的影 响 . 切 换 周 期 对 产 品 气 的 纯 度 有 很 大 影 响 , 因 此 , 在系 统研 制 过程 中 , 控 制 系统 需 完成 时 间设 定 输 入和 在 线 修 改 时 间 常 数 的功 能 . 本 文 采 用 B C D 码 拨盘 组 完成 时间 参数 的设 定 , 同时 , 通 过 R S 2 32 接 口 模块 , 实现 上 位 机对 制 氧 过程 的在 线 监控 , 以随 时对 各 时 间参 数进 行 调 整 . 变 压 吸 附 制 高 纯氧 实 验装 置 的 控 制 框 图如 图 2 所示 , 控 制程 序 框 图如 图 3 所 示 . _ 卜位机在线监控 输入控制 C PM IA 模拟 执行 吸附 P L C 主机 量 机 塔 O 构 B C D 码 板 时间设定 电磁 阀 无 油 空 气 压 缩机 的 压 力 为 .0 8一.0 85 M p a . 采 用 K H L 一 2 型智 能氧 浓 度 测试 仪监 测 氧气 纯 度 , 并 采 用 铜 氨溶 液 吸收 法 作精确 测 定 . 在 上 述 工 况 下 , 分 别对 吸 附周 期 的选 择 , 第 二级 吸 附 的 出 口 排 气 量 对 氧 纯 度 的 影 响进 行 了 研 究 和 分 析 . .3 1 吸 附周 期 的 选择 吸 附周 期在 变 压 吸 附制氧 工艺 中 , 对 氧气 纯 度 起 着 关键 作 用 . 吸 附周 期 较 短 时 , 使 分 子筛 的 吸 附压 力和 吸 附容 量 降低 , 而 吸 附 周期较长 时氮 气 则 会 穿 出吸 附床 层 , 这 样都 会 影 响产 品气 的纯 度 . 同时 , 吸 附周 期 与氧 纯 度 的 关 系还 受 很 多 因 素 的影 响 , 因此 , 需 要 经过 实 验 来确 定最 佳的吸 附周 期’ 81 . 通 过 实验 , 得 到 了沸 石 分子 筛 吸 附床 和碳 分 子筛 吸 附床 中氧 气 纯度 与 吸 附周 期 的关 系 , 结 果 分别 如 图 4 和 图 5 所 示 . 芝侧氧丫崛 图 2 变 压吸 附制 高纯 氧 装置 的控制框 图 F ig · 2 C o o t or l d i a g ar m o f e x P e r i山 e n t a l fa e il yt fo r b i g h P u r iyt o xy g e n P r o d u e ti o n 一 :一一 一 一▲一 高 低 值 值 一、 拨盘 , 采样输入 计算和主体控制 输出处理 吸 附周 期s/ 图 4 沸 石分子 筛 吸 附床 中氧 气纯 度 与吸 附周期 的 关系 F ig . 4 R e l a t i o n b e wt e e n a d s o r Pit o n t im e a n d o xy g e n P u r i yt i n t h e z e o l i t e m o l e e u l a r 5 1曰e C o l U m n 犷嘛芝侧氯 图 3 控 制器 程序 框 图 F ig . 3 F l o w c b a rt o f t h e Por g r a m m a b l e e o n t or Ue r 二 〕 户一 川厂 二 ` 厂 二 二 雕 3 实 验 实验 中 , 第 一级 吸 附 的吸 附 剂 为 SA 沸 石 分 子 筛 , 吸 附床 尺 寸 为中13 3 r n们。 X 9 0 m m , 用 量 为 2 “ 5 50 0 9 . 第 二 级 吸 附使 用 具 有 高吸 附 性 能 的 3 A 一4 A 德 国 B F 碳 分 子筛 , 分 子 筛颗粒 度 为 2一3 m m , 用 量 为 2 X 2 4 0 9 , 吸 附 床尺 寸 为中3 4 m m X 6 5 0 m m . 吸 附周 期 s/ 图 5 碳 分子 筛 吸附 床 中氧气 纯 度 与吸 附周 期 的关 系 iF g . 5 R e l a it o n b e wt e e n a ds o r P iot n ti m e a n d o xy g e o p u r iyt i n ht e Ca r b o n m o l e C u l a f S ive e e o l U m n 结果 表 明 , 第 一 级 吸 附 的吸 附 周 期为 3 4 5 并 且 第 二 级 吸 附 的吸 附 周期 为 10 0 5 为最 佳 吸 附周 期 , 所得 到 的产 品氧 气 的最 高 纯度 可达 到 9 9 . 5%