664 北京科技大学学报 第32卷 吸附、顺向放压（均压降）、逆向放压和反吹等几个 吸附理论[6,81可知： 循环步骤.当一个吸附塔己经完成逆向放压而另一 1-yo "g 个吸附塔完成升压后，反吹阀开启，高压吸附塔输出 (2) 1-% 的部分产品气开始反吹低压吸附塔，置换并吹扫出 式中，5为Pe/R(P为反吹压力).由于5>1而 低压吸附塔中的重组分气体，以往的变压吸附循环 1>B>0,因此大于.在压力下降过程中，吸附 中的反吹步骤均是连续反吹过程，即从反吹开始到 塔中压力介于P和B之间，所以重组分的平均体 结束，反吹阀一直处于开启状态，产品气连续不断地 积分数为和片之间的某一值，很显然也大 吹扫低压吸附塔.连续反吹的时间是反吹步骤开始 于：在反吹阀重新开启时，吸附塔中压力上升，在 时刻至下一循环步骤（如升压）开始时刻之间的总 B上升到P的过程中，重组分的平均体积分数也 时间.对于连续反吹，如果用于反吹的产品气中含 同样大于儿，因此在反吹中断过程及随后吸附塔中 有重组分，且重组分在产品气中的体积分数为， 压力上升过程内，排出吸附塔的杂质气体中的重组 则当浓度锋面达到吸附塔中某个位置时，根据文 分的体积分数更高，即解吸更为彻底 献[6,9的分析可知，反吹所需要的产品气量为： 因此，与连续反吹相比，如果用相同物质量的产 中=4L'P,:1+(B-)e] 品气反吹，不连续反吹可以促使解吸程度增加，如果 (1) BRT 解吸到相同的程度，则能节省一定的反吹气量，从而 式中，ε为间隙率；B为吸附选择因子，P=1/[1+ 使回收率增加 (1-ε)k/e],k为吸附平衡常数，A为吸附塔的横 2实验 截面积；L为浓度锋面移动的长度，P为反吹压 力；R为气体常量；T为温度 2.1实验设备 根据方程(1)，反吹压力P对反吹量有很大的 图1为实验系统示意图.经过一定处理后的压 影响.反吹压力越大，所需要的反吹量越大.如果 缩空气通过进气电磁阀进入吸附塔进行分离；分离 在常压解吸系统中采取连续反吹，则在反吹过程中 出来的氧气部分通过单向阀进入储氧罐，另一部分 反吹压力始终比环境压力高，且解吸阀及相应管道 通过反吹阀和节流孔后进入低压吸附塔置换并吹扫 的阻力越大，反吹压力也越大，反吹所需要的气量也 吸附剂中的杂质气体；以氮气为主的杂质气通过解 越多，从而减少了氧气回收率.特别对于吸附压力 吸电磁阀和排气消声器排入大气中 较低的制氧系统，由于最高压力与最低压力的比值 较小，反吹气量在产品气中的比例增加，因而连续反 19 吹对回收率的影响也就越明显 18 716 20 17 1.2不连续反吹过程 1213 为了减少反吹气量，本文提出不连续反吹的方 T)23 1 法.不连续反吹的实现过程如下：当吸附塔中压力 上升到一定值时，反吹阀打开，高压吸附塔输出的部 分产品气开始反吹低压吸附塔，反吹一段时间后，反 25 吹阀关闭，反吹中断，中断一定时间后，反吹阀重新 PT)24 开启，进行再次反吹.反吹过程按照反吹中断一 再反吹再中断的程序进行，直至反吹结束.每次 中断要确保被反吹吸附塔中的压力与环境压力 空气 6 相等. 1一尘埃过滤器；2进气消声器；3压缩机；4油水过滤器； 反吹中断后，低压吸附塔中的压力迅速下降至 5-玻璃转子流量计；6-空气储罐；7一12电磁阀；13-节流 环境压力，在压力下降过程中，吸附塔中的杂质（住 孔；14吸附塔A;15吸附塔B;16,17单向阀；18储氧罐； 要为重组分)气体从进料端继续排出塔外.为简单 19,20一节流阀；21氧分析仪；22湿式流量计；23,24压力 起见，这里仅考虑解吸阀门、管道及消声装置的阻力 传感器：25排气消声器 图1实验系统示意图 而忽略分子筛的阻力，设反吹中断前吸附塔进料端 Fig I Schematic diagram of the expermental system 重组分的体积分数为片，当吸附塔中压力降至与环 境压力B相等时，重组分的体积分数为，由平衡 空气压缩机流量为9.1Lmin';吸附塔的内径北 京 科 技 大 学 学 报 第 32卷 吸附、顺向放压 (均压降 )、逆向放压和反吹等几个 循环步骤. 当一个吸附塔已经完成逆向放压而另一 个吸附塔完成升压后 ,反吹阀开启 ,高压吸附塔输出 的部分产品气开始反吹低压吸附塔 ,置换并吹扫出 低压吸附塔中的重组分气体. 以往的变压吸附循环 中的反吹步骤均是连续反吹过程 ,即从反吹开始到 结束 ,反吹阀一直处于开启状态 ,产品气连续不断地 吹扫低压吸附塔. 连续反吹的时间是反吹步骤开始 时刻至下一循环步骤 (如升压 )开始时刻之间的总 时间. 对于连续反吹 ,如果用于反吹的产品气中含 有重组分 ,且重组分在产品气中的体积分数为 ypg , 则当 ypg浓度锋面达到吸附塔中某个位置时 ,根据文 献 [ 6, 9 ]的分析可知 ,反吹所需要的产品气量为 : < = εAL′Ppg [ 1 + (β- 1) ypg ] βA RT (1) 式中 ,ε为间隙率 ;β为吸附选择因子 ;βA = 1 / [ 1 + (1 -ε) kA /ε], kA 为吸附平衡常数 ; A为吸附塔的横 截面积 ; L′为 ypg浓度锋面移动的长度 ; Ppg为反吹压 力 ; R为气体常量 ; T为温度. 根据方程 (1) ,反吹压力 Ppg对反吹量有很大的 影响. 反吹压力越大 ,所需要的反吹量越大. 如果 在常压解吸系统中采取连续反吹 ,则在反吹过程中 反吹压力始终比环境压力高 ,且解吸阀及相应管道 的阻力越大 ,反吹压力也越大 ,反吹所需要的气量也 越多 ,从而减少了氧气回收率. 特别对于吸附压力 较低的制氧系统 ,由于最高压力与最低压力的比值 较小 ,反吹气量在产品气中的比例增加 ,因而连续反 吹对回收率的影响也就越明显. 112 不连续反吹过程 为了减少反吹气量 ,本文提出不连续反吹的方 法. 不连续反吹的实现过程如下 :当吸附塔中压力 上升到一定值时 ,反吹阀打开 ,高压吸附塔输出的部 分产品气开始反吹低压吸附塔 ,反吹一段时间后 ,反 吹阀关闭 ,反吹中断 ;中断一定时间后 ,反吹阀重新 开启 ,进行再次反吹. 反吹过程按照反吹 —中断 — 再反吹 —再中断的程序进行 ,直至反吹结束. 每次 中断要确保被反吹吸附塔中的压力与环境压力 相等. 反吹中断后 ,低压吸附塔中的压力迅速下降至 环境压力 ,在压力下降过程中 ,吸附塔中的杂质 (主 要为重组分 )气体从进料端继续排出塔外. 为简单 起见 ,这里仅考虑解吸阀门、管道及消声装置的阻力 而忽略分子筛的阻力. 设反吹中断前吸附塔进料端 重组分的体积分数为 yb ,当吸附塔中压力降至与环 境压力 PL 相等时 ,重组分的体积分数为 yb0 ,由平衡 吸附理论 [ 6, 8 ]可知 : yb0 yb = 1 - yb0 1 - yb β ξ1 -β (2) 式中 ,ξ为 Ppg /PL ( Ppg为反吹压力 ). 由于 ξ> 1而 1 >β> 0,因此 yb0大于 yb . 在压力下降过程中 ,吸附 塔中压力介于 Ppg和 PL 之间 ,所以重组分的平均体 积分数为 yb0和 yb 之间的某一值 ym ,很显然 ym 也大 于 yb . 在反吹阀重新开启时 ,吸附塔中压力上升 ,在 PL 上升到 Ppg的过程中 ,重组分的平均体积分数也 同样大于 yb ,因此在反吹中断过程及随后吸附塔中 压力上升过程内 ,排出吸附塔的杂质气体中的重组 分的体积分数更高 ,即解吸更为彻底. 因此 ,与连续反吹相比 ,如果用相同物质量的产 品气反吹 ,不连续反吹可以促使解吸程度增加 ,如果 解吸到相同的程度 ,则能节省一定的反吹气量 ,从而 使回收率增加. 2 实验 211 实验设备 图 1为实验系统示意图. 经过一定处理后的压 缩空气通过进气电磁阀进入吸附塔进行分离 ;分离 出来的氧气部分通过单向阀进入储氧罐 ,另一部分 通过反吹阀和节流孔后进入低压吸附塔置换并吹扫 吸附剂中的杂质气体 ;以氮气为主的杂质气通过解 吸电磁阀和排气消声器排入大气中. 1—尘埃过滤器 ; 2—进气消声器 ; 3—压缩机 ; 4—油水过滤器 ; 5—玻璃转子流量计 ; 6—空气储罐 ; 7～12—电磁阀 ; 13—节流 孔 ; 14—吸附塔 A; 15—吸附塔 B; 16, 17—单向阀 ; 18—储氧罐 ; 19, 20—节流阀 ; 21—氧分析仪 ; 22—湿式流量计 ; 23, 24—压力 传感器 ; 25—排气消声器 图 1 实验系统示意图 Fig. 1 Schematic diagram of the experimental system 空气压缩机流量为 911L·m in - 1 ;吸附塔的内径 ·664·