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.620 北京科技大学学报 第29卷 氮气体平均纯度可达89.5%左右，而回收率只有 的气体量比较少，但由于排空时间延长，因此在一个 60.7%;随着抽真空时间的延长，在抽真空阶段从管 周期内的平均流量是逐渐变小的 侧渗透到壳侧的氧气和氮气量增加，导致在排空阶 从图9可以看出，随着排空时间的延长，富氨气 段得到的富氮气体流量降低，但纯度会提高， 体平均纯度逐渐上升，而氨气回收率先增加后减小， 根据以上分析可知，在本实验研究范围内，延长 排空时间延长，由于渗透侧在继续抽真空，残余侧氧 抽真空时间可以提高富氮气体平均纯度，但会降低 气也继续渗透到壳侧，因此富氨气体的平均纯度继 其产率及氨气回收率. 续上升.当排空时间为9s时，富氨气体平均纯度达 2.4排空时间的影响 88.5%左右， 在进行排空实验时，加压时间和抽真空时间分 因此，在本实验研究范围内，适当延长排空时间 别为3s和6s 可以提高富氮气体流量和平均纯度，但排空时间过 图8给出了富氨气体的产率随不同的排空时间 长将会导致富氮气体产率和氨气回收率下降. 的变化关系.图9给出了不同抽真空时间对富氮气 2.5稳态渗透与变压渗透性能比较 体平均纯度的影响 本文在进行稳态渗透和变压渗透实验时，选用 0.014 的压缩机为同一型号，在稳态实验过程中，膜的进 加压时间3s 0.013 抽真空时间：5s 气压力已经接近最大值，继续降低富氨气体流量来 提高进气压力将会使压缩机工作不正常，如图3所 0.012 示，在本实验范围内，对于稳态渗透，当进气压力为 0.0114 0.4MPa时，富氮气体纯度只能达到82%，而氮气回 收率能达到91.5%.在本实验范围内，对于变压渗 0.010F 透，当富氮气体平均纯度最大为89.3%时，氮气回 0.009 收率为60.7%；当氮气回收率最大为71.5%时，富 4 6 排空时间/s 氮气体平均纯度为84.1%.综上所述，本文研究的 变压渗透过程能够得到比稳态渗透更高的富氮纯 图8排空时间对富氮气体产率的影响 度，但回收率和产品流量要低 Fig.8 Effect of venting time on the productivity of nitrogemen- riched gas 3 结论 90 ()本文建立了非稳态变压膜渗透实验装置， 实验研究了加压时间、抽真空时间和排空时间对富 8 6 氮气体平均纯度、产率和氨气回收率的影响，同时还 64 加压时间：3s 进行了稳态渗透实验，并比较了二者的分离性能， 电 抽真空时间：6s 62 平均纯度 (2)当抽真空时间和排空时间一定时，随着加 回收率 60 81 压时间的延长，富氨气体的平均纯度、产率以及氮气 58 回收率均会上升， 2345678910 (3)延长抽真空时间可以提高富氨气体平均纯 排空时间⅓ 度，但会降低富氨气体产率和氮气回收率 图9排空时间对富氨气体平均纯度的影响 (4)适当延长排空时间可以提高富氮气体平均 Fig.9 Effect of venting time on the average purity and recovery of 纯度、产率和氨气回收率，但排空时间过长将会导致 nitrogen-enriched gas 富氨气体产率和氮气回收率下降， 由图8可以看出，富氮气体产率随着排空时间 (5)对于变压渗透，当富氮气体平均纯度最大 的延长先增加，达到最大值后下降.当排空时间较 为89.3%时，氮气回收率为60.7%；当氨气回收率 短，残余侧富氨气体只排出一部分：随着排空时间的 最大为71.5%时，富氮气体平均纯度为84.1%. 延长，富氮气体最终被完全排出达到与大气压力一 (6)本文提出的变压膜渗透过程能得到比稳态 致，在排空的同时，抽真空过程仍然将残余侧的部 膜渗透更高的富氮纯度，但富氨气体产率和回收率 分氧气和氨气抽出，此时膜两侧的压差很小，透过膜 要低氮气体平均纯度可达89∙5％左右而回收率只有 60∙7％；随着抽真空时间的延长在抽真空阶段从管 侧渗透到壳侧的氧气和氮气量增加导致在排空阶 段得到的富氮气体流量降低但纯度会提高． 根据以上分析可知在本实验研究范围内延长 抽真空时间可以提高富氮气体平均纯度但会降低 其产率及氮气回收率． 2∙4 排空时间的影响 在进行排空实验时加压时间和抽真空时间分 别为3s 和6s． 图8给出了富氮气体的产率随不同的排空时间 的变化关系．图9给出了不同抽真空时间对富氮气 体平均纯度的影响． 图8 排空时间对富氮气体产率的影响 Fig．8 Effect of venting time on the productivity of nitrogen-enriched gas 图9 排空时间对富氮气体平均纯度的影响 Fig．9 Effect of venting time on the average purity and recovery of nitrogen-enriched gas 由图8可以看出富氮气体产率随着排空时间 的延长先增加达到最大值后下降．当排空时间较 短残余侧富氮气体只排出一部分；随着排空时间的 延长富氮气体最终被完全排出达到与大气压力一 致．在排空的同时抽真空过程仍然将残余侧的部 分氧气和氮气抽出此时膜两侧的压差很小透过膜 的气体量比较少但由于排空时间延长因此在一个 周期内的平均流量是逐渐变小的． 从图9可以看出随着排空时间的延长富氮气 体平均纯度逐渐上升而氮气回收率先增加后减小． 排空时间延长由于渗透侧在继续抽真空残余侧氧 气也继续渗透到壳侧因此富氮气体的平均纯度继 续上升．当排空时间为9s 时富氮气体平均纯度达 88∙5％左右． 因此在本实验研究范围内适当延长排空时间 可以提高富氮气体流量和平均纯度但排空时间过 长将会导致富氮气体产率和氮气回收率下降． 2∙5 稳态渗透与变压渗透性能比较 本文在进行稳态渗透和变压渗透实验时选用 的压缩机为同一型号．在稳态实验过程中膜的进 气压力已经接近最大值继续降低富氮气体流量来 提高进气压力将会使压缩机工作不正常．如图3所 示在本实验范围内对于稳态渗透当进气压力为 0∙4MPa 时富氮气体纯度只能达到82％而氮气回 收率能达到91∙5％．在本实验范围内对于变压渗 透当富氮气体平均纯度最大为89∙3％时氮气回 收率为60∙7％；当氮气回收率最大为71∙5％时富 氮气体平均纯度为84∙1％．综上所述本文研究的 变压渗透过程能够得到比稳态渗透更高的富氮纯 度但回收率和产品流量要低． 3 结论 （1） 本文建立了非稳态变压膜渗透实验装置 实验研究了加压时间、抽真空时间和排空时间对富 氮气体平均纯度、产率和氮气回收率的影响同时还 进行了稳态渗透实验并比较了二者的分离性能． （2） 当抽真空时间和排空时间一定时随着加 压时间的延长富氮气体的平均纯度、产率以及氮气 回收率均会上升． （3） 延长抽真空时间可以提高富氮气体平均纯 度但会降低富氮气体产率和氮气回收率． （4） 适当延长排空时间可以提高富氮气体平均 纯度、产率和氮气回收率但排空时间过长将会导致 富氮气体产率和氮气回收率下降． （5） 对于变压渗透当富氮气体平均纯度最大 为89∙3％时氮气回收率为60∙7％；当氮气回收率 最大为71∙5％时富氮气体平均纯度为84∙1％． （6） 本文提出的变压膜渗透过程能得到比稳态 膜渗透更高的富氮纯度但富氮气体产率和回收率 要低． ·620· 北 京 科 技 大 学 学 报 第29卷