…494· 北京科技大学学报 2005年第4期 吸附接近平衡状态 气.原料气由前级的ZMS制氧装置产生，其组成 表1CMS吸附等温线常数和扩散速率常数(30C) 为95%氧气、5%氩气.CMS吸附床由壁厚为4mm Table 1 Langmuir isotherm parameter and diffusivity constants 的钢管制作，高径比为52，内装德国BF碳分子 for adsorption of oxygen and argon in CMS at 30C 筛，利用电磁阀的切换实现实验设定的变压吸附 饱和吸附量，吸附等温线常数，扩散速率常数， 组分 循环，为提高解吸气的纯度，装置中增加了产品 g。/(mokg) b/MPa" (D/ra/s 气高压清洗系统，从吸附床解吸的产品气首先进 02 1.62 2.62 5.2×103 入解吸气罐，然后经清洗气压缩机升压后进入清 Ar 1.66 1.91 1.7×10 洗气储气罐，作为吸附床的清洗气，达到饱和的 1.0 吸附床在解吸之前，利用清洗气罐储存的产品气 出 氧气 0.9 对床层进行吹扫.实验过程中，氧气的质量分数 采用铜铵溶液法检测，当被测气体的质量分数超 0.8 过99%以上时，其精度可以达到0.1%， 0.7 2.2实验内容 0.6 氩气 实验中首先考察了两种流程条件下装置的 0.5 性能.流程1，不带清洗阶段的PSA循环，循环中 0.4 包括升压、吸附、解吸三个阶段.流程2，带有清洗 0 100 200300400 500600 阶段的PSA流程，循环中包括升压、吸附、高压顺 吸附时间s 图1氧复组分在CMS上的吸附速率曲线(30C) 流清洗和解吸四个阶段，该循环过程中，吸附阶 Fig.1 Adsorption rate curves ofoxygen and argon on CMS(30C) 段结束后，利用高压的产品气对床层进行顺流清 洗，目的是将床层气相中的不纯组分吹出床层， 2 实验装置及内容 从而提高解吸气中的氧气含量.在PSA流程 确定的条件下，本文实验研究了吸附时间、清洗 2.1实验装置 比等关键参数对装置性能的影响.表2为CMS 根据氧氩组分在CMS上的吸附特性，即氧气 分离氧氩过程的实验因素及水平.其中，清洗比 属于强吸附组分，氩气属于弱吸附组分，建立了 是指清洗阶段用去的气量与吸附阶段产生的气 如图2所示的实验装置，在加压的条件下氧气被 量之比.产品气纯度指的是氧气的质量分数.产 CMS吸附床吸附，而氩气穿过床层，从吸附床出 品回收率是指产品气中的氧气量与进气中的氧 口排出.床层解吸可以得到不含氩气的高浓度氧 气量之比. 测氧仪 流量调节阀 测氧仪☐ 流量调节倒 排放气 O可与排放气 测氧仪 转子流计 一单向阀· 转子流量计 转子流量计 ·电磁阀→ @可少高浓度氧气 压力表O 一压力表一 Q压力表 名 附床 压力表日 日压力表 电磁阀 好 测氧仪 清洗气增压机 氧氩混合气 o 转子流量计 无油压缩机 图2CMS分离氟氢实验装置 Fig.2 Experimental apparatus of CMS一 北 京 科 技 大 学 学 报 年 第 期 吸 附接 近 平 衡 状 态 表 吸 附等温线 常数和 扩散速 率常数 ℃ 几 抚 咖 ， 组 分 饱和 吸 附量 ， 扩 散速 率常 数 ， 宁 · 地 一 ， 吸 附等温线 常数 ， 一 ， 《 岁代 一 ， 一 〕 一 了份乙尹 ， ‘ 婿藉 ” ’ 住 ‘ ” ” ’ ， ， · 卜 尹 尹 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 ， ‘ 尹 氢气 霸刊斧沂咽友卜喇捆兰彭督 叫占 甲 一 一 一一一 习一 一 一 ‘ 习 吸 附 时间 图 氛扭组分 在 上 的吸 附速率 曲线 ℃ 飞 ℃ 实验 装 置 及 内容 实验 装置 根据 氧氢 组 分在 上 的吸 附特 性 ， 即氧气 属 于 强 吸 附组 分 ， 氢 气 属 于 弱 吸 附组 分 ， 建立 了 如 图 所 示 的实验 装 置 在 加 压 的条件 下氧 气 被 吸 附床 吸 附 ， 而 氢 气 穿过 床 层 ， 从 吸 附床 出 口 排 出 ， 床 层解 吸 可 以得 到不 含氢 气 的 高浓度 氧 气 原料 气 由前级 的 制 氧 装 置产 生 ， 其 组成 为 氧气 、 氢气 吸 附床 由壁 厚 为 的钢 管制 作 ， 高径 比 为 ， 内装 德 国 碳 分 子 筛 利用 电磁 阀的切 换 实现 实验 设 定 的变压 吸 附 循 环 为提 高解 吸 气 的纯度 ， 装 置 中增加 了产 品 气 高压清洗 系统 从 吸 附床 解 吸 的产 品气 首先进 入解 吸气罐 ， 然 后经 清洗 气压缩 机 升压 后进 入清 洗 气 储 气 罐 ， 作 为吸 附床 的清 洗 气 达 到饱 和 的 吸 附床在 解 吸之前 ， 利用 清洗气 罐储 存 的产 品气 对床层 进 行 吹扫 实 验 过程 中 ， 氧 气 的质 量 分数 采用铜钱溶液法 检测 ， 当被测 气 体 的质 量 分数超 过 以上 时 ， 其 精 度 可 以达 到 实验 内容 实验 中首 先 考 察 了两 种 流 程 条 件 下 装 置 的 性 能 流程 ， 不 带 清 洗 阶段 的 循环 ， 循 环 中 包括 升压 、 吸 附 、 解吸三个 阶段 流程 ， 带有清洗 阶段 的 流程 ， 循环 中包 括 升压 、 吸 附 、 高压顺 流 清 洗 和解 吸 四个 阶段 该 循环 过 程 中 ， 吸 附阶 段 结束后 ， 利 用 高压 的产 品气 对 床层 进 行顺 流清 洗 ， 目的是将床 层 气 相 中 的不 纯 组 分 吹 出床 层 ， 从而 提 高解 吸气 中 的氧 气 含 量 ‘ 在 流程 确 定 的条 件 下 ， 本 文 实验 研 究 了 吸 附时 间 、 清 洗 比等 关键 参 数 对 装 置 性 能 的影 响 表 为 分 离氧氨 过程 的实验 因素 及 水 平 其 中 ， 清 洗 比 是 指 清 洗 阶 段 用 去 的气 量 与 吸 附 阶 段 产 生 的气 量 之 比 产 品气 纯 度 指 的是 氧 气 的质 量 分 数 产 品 回收 率 是 指 产 品气 中 的氧 气 量 与进 气 中 的氧 气 量 之 比 高浓度氧气 压力表 氧氢混合气 无油压缩机 图 分 离氛氮实验 装， ·