·666= 北京科技大学学报 第32卷 到最大 时，反吹中断时间对氧气回收率的影响如图4(a)所 3.2反吹中断时间对氧气回收率和氧气体积分数 示.当氧气回收率为35.3%，反吹中断次数为2次 的影响 时，反吹中断时间对氧气体积分数的影响如图4(b) 当氧气体积分数为90%，反吹中断次数为2次 所示 39.5r 93.5m La) 92.5 38.5 915 37.3 90.5 一●一反吹时间优化后 一●一反吹时间优化后 一▲一反吹时间优化前 89.5 一▲一反吹时间优化前 35.5 0 0.1 0.20.3 0.4 0.10.20.3 0.4 中断时间s 中断时间s 图4反吹中断时间对氧气回收率(a)和氧气体积分数(b)的影响 Fig 4 Influence of interrupt tme on the oxygen recovery (a)and volume fraction (b) 从图4可知：氧气回收率和氧气体积分数均随 数从连续反吹时的89.4%增加到93.0%，增幅达 反吹中断时间的增加先增加后减少，当反吹中断时 4.0% 间为0.3s时，氧气回收率和氧气体积分数均达到最 4结论 大；且对反吹时间进行优化后，氧气回收率与体积分 数更高.在本文所述的实验条件下，连续反吹的总 (1)在反吹步骤中采取由适当的中断次数和中 时间为2.1s,而反吹中断时间为0.1、0.2、0.3和 断时间构成的不连续反吹，可以显著提高变压吸附 0.4s时，最佳的反吹总时间分别为1.9、1.7、1.7和 制氧系统的回收率和氧气体积分数. 1.8s反吹中断时间为0.2和0.3s时，反吹总时间 (2)优化反吹中断次数和中断时间，可以使回 最短，比连续反吹时减少了0.4s这也充分说明，不 收率和氧气体积分数达到最大值.在本实验条件 连续反吹将使解吸更为彻底，节省了部分反吹气量. 下，当反吹中断次数为2次、反吹中断时间为0.3s 当反吹中断时间为0.3s时，氧气回收率和氧气 时，不连续反吹使氧气回收率从连续反吹时的 体积分数最大的原因为：反吹阀关闭后需要一段时 35.9%增加到39.2%（增幅9.2%），氧气体积分数 间才能使吸附塔中的压力降到与环境压力相等，同 从连续反吹时的89.4%增加到93.0%（增幅 时氧气充分置换吸附剂中氮气也要一段很短的时 4.0%) 间，因此不连续反吹时需要足够的反吹中断时间才 能使系统性能达到较为理想的结果.但是，反吹中 参考文献 断时间过长时，同过多增加反吹中断次数一样，会降 [1 Rousar L,Pavel D.Pressure sing adsorption:Analytical solution 低第1段反吹过程中高压吸附塔中的吸附压力，影 for optmum purge Chem Eng Sci,1993,48(4):723 响制氧设备吸附分离效果，从而使氧气回收率和氧 [2]Sung-sup S,W ankat P C A new pressure swing adsorption process for high enrichment and recovery Chen Eng Sci,1989,44(3): 气体积分数减少 567 由图3和图4可知：当反吹中断次数为2，反吹 [3]Shin H S,Knaebel K S Pressure sving adsoption:a theoretical 中断时间为0.3s时，与连续反吹比，不连续反吹使 study of diffuson-induced separations 4ChE J,1987,22(1):654 氧气回收率和氧气体积分数都有较大幅度的增加， [4]MatzM J,Knaebel K S Pressure swing adsotion:effects of in- 对反吹时间进行优化前，不连续反吹使氧气回收率 comp lete purge AChE J,1988,34(9):1486 从连续反吹时的36.0%增加到37.9%，最大增幅为 [5]Jain S,Moharir A S,Li P,et al Heuristic design of pressure 5.3%,使氧气体积分数从连续反吹时89.5%增加 swing adsoption:a prelm inary study.Sep Purif Technol,2003, 33:25 到92.1%，最大增幅为2.9%；对反吹时间进行优化 (6]Chiang A S T An analytical soluton p equilibrium PSA cycles 后，不连续反吹使氧气回收率从连续反吹时的 Chen Eng Sci,.1995,51(2):207 35.9%增加到39.2%，增幅为9.2%，使氧气体积分 (下转第690页)北 京 科 技 大 学 学 报 第 32卷 到最大. 312 反吹中断时间对氧气回收率和氧气体积分数 的影响 当氧气体积分数为 90% ,反吹中断次数为 2次 时 ,反吹中断时间对氧气回收率的影响如图 4 ( a)所 示. 当氧气回收率为 3513% ,反吹中断次数为 2次 时 ,反吹中断时间对氧气体积分数的影响如图 4 ( b) 所示. 图 4 反吹中断时间对氧气回收率 ( a)和氧气体积分数 ( b)的影响 Fig. 4 Influence of interrup t time on the oxygen recovery ( a) and volume fraction ( b) 从图 4可知 :氧气回收率和氧气体积分数均随 反吹中断时间的增加先增加后减少 ,当反吹中断时 间为 013 s时 ,氧气回收率和氧气体积分数均达到最 大 ;且对反吹时间进行优化后 ,氧气回收率与体积分 数更高. 在本文所述的实验条件下 ,连续反吹的总 时间为 211 s,而反吹中断时间为 011、012、013 和 014 s时 ,最佳的反吹总时间分别为 119、117、117和 118 s. 反吹中断时间为 012和 013 s时 ,反吹总时间 最短 ,比连续反吹时减少了 014 s. 这也充分说明 ,不 连续反吹将使解吸更为彻底 ,节省了部分反吹气量. 当反吹中断时间为 013 s时 ,氧气回收率和氧气 体积分数最大的原因为 :反吹阀关闭后需要一段时 间才能使吸附塔中的压力降到与环境压力相等 ,同 时氧气充分置换吸附剂中氮气也要一段很短的时 间 ,因此不连续反吹时需要足够的反吹中断时间才 能使系统性能达到较为理想的结果. 但是 ,反吹中 断时间过长时 ,同过多增加反吹中断次数一样 ,会降 低第 1段反吹过程中高压吸附塔中的吸附压力 ,影 响制氧设备吸附分离效果 ,从而使氧气回收率和氧 气体积分数减少. 由图 3和图 4可知 :当反吹中断次数为 2,反吹 中断时间为 013 s时 ,与连续反吹比 ,不连续反吹使 氧气回收率和氧气体积分数都有较大幅度的增加 ; 对反吹时间进行优化前 ,不连续反吹使氧气回收率 从连续反吹时的 3610%增加到 3719% ,最大增幅为 513% ,使氧气体积分数从连续反吹时 8915%增加 到 9211% ,最大增幅为 219% ;对反吹时间进行优化 后 ,不连续反吹使氧气回收率从连续反吹时的 3519%增加到 3912% ,增幅为 912% ,使氧气体积分 数从连续反吹时的 8914%增加到 9310% ,增幅达 410%. 4 结论 (1) 在反吹步骤中采取由适当的中断次数和中 断时间构成的不连续反吹 ,可以显著提高变压吸附 制氧系统的回收率和氧气体积分数. (2) 优化反吹中断次数和中断时间 ,可以使回 收率和氧气体积分数达到最大值. 在本实验条件 下 ,当反吹中断次数为 2次、反吹中断时间为 013 s 时 ,不连续反吹使氧气回收率从连续反吹时的 3519%增加到 3912% (增幅 912% ) ,氧气体积分数 从连 续 反 吹 时 的 8914% 增 加 到 9310% (增 幅 410% ). 参 考 文 献 [ 1 ] Rousar I, Pavel D. Pressure swing adsorp tion: Analytical solution for op timum purge. Chem Eng Sci, 1993, 48 (4) : 723 [ 2 ] Sung2sup S,Wankat P C. A new p ressure swing adsorp tion p rocess for high enrichment and recovery. Chem Eng Sci, 1989, 44 ( 3) : 567 [ 3 ] Shin H S, Knaebel K S. Pressure swing adsorption: a theoretical study of diffusion2induced separations. A IChE J, 1987, 22 (1) : 654 [ 4 ] MatzM J, Knaebel K S. Pressure swing adsorp tion: effects of in2 comp lete purge. A IChE J , 1988, 34 (9) : 1486 [ 5 ] Jain S, Moharir A S, Li P, et al. Heuristic design of p ressure swing adsorp tion: a p reliminary study. Sep Purif Technol, 2003, 33: 25 [ 6 ] Chiang A S T. An analytical solution to equilibrium PSA cycles. Chem Eng Sci, 1995, 51 (2) : 207 (下转第 690页 ) ·666·