·998 工程科学学报，第38卷，第7期 气体流速极限值可按下式计算四： 在RVPSA循环中解吸压力越低，充压阶段气流速 度越大，且在轴向z1=0.2和z/1=0.4位置处气流速 unm=0.8uw≈6×10g (p。-p. (17) 度略大于顺流的气体流速极限值.相对于RPSA循 式中：u为顺流或逆流的气流速度极限值，m·s;u 环，RVPSA循环中气流速度有了明显地下降，但仍然 为流化速度，ms:g为重力加速度，ms2 较高.因此，在床层压力快速变化的原料气充压阶段 图5为不同吸附及解吸压力下RPSA循环和 应采取延长充压时间或控制阀门开度等措施来控制气 RVPSA循环中吸附床轴向z/I=0.2和zI=0.4位置 流速度，以减小对吸附剂的冲击 气流速度在原料气充压阶段随时间的变化.对于 3.3吸附和解吸压力对放空降压阶段气流速度的 RPSA制氧中所用的吸附剂，颗粒直径最大约为1~ 影响 1.5mm,颗粒密度约为800~1800kgm3,由式(17)计 图6为不同吸附及解吸压力下PSA循环和 算得到顺流的气体流速极限值为0.58m·s,逆流的 RVPSA循环中吸附床轴向z1=0.2和z/1=0.4位置 气体流速极限值为1.03ms1 处气流速度在放空降压阶段随时间的变化.由图6可 以看出，放空降压阶段气流速度随着降压时间的增加 1=0.2.P/P.=270W100 1=04.P/P=270100 而呈先增大后减少的趋势.在RPSA循环中吸附压力 =1=0.2.PP=400W100 越高，放空降压阶段气流速度也越大，在轴向z/儿=0.4 -1=0.4.P/P.=400100 -·-1=0.2.P/P=240/80 处气流速度略大于逆流气体流速极限值，而z儿=0.2 ---1=0.4.PP.=240/80 …z1-0.2.PP=24060 处气流速度远大于逆流气体流速极限值 --…z1=0.4.P/P=24060 在RVPSA循环中，由于放空降压阶段是将较高吸 附压力自由放空至大气压的过程，因此两种解吸压力 下气流速度随时间变化趋势基本一致，且轴向z几= 4=0.58m·s- 0.2和z/几=0.4处气流速度均大于逆流气体流速极限 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 值.即不管是RPSA循环还是RVPSA循环，放空降压 原料气充压时间/s 阶段气流速度均较大，应采取调节阀门开度等措施来 图5原料气充压阶段气流速度随时间的变化 控制降压阶段的气流速度42 Fig.5 Change of gas velocity with time during the PR step 3.4吸附和解吸压力对循环性能的影响 由图5可以看出，原料气充压阶段气流速度随着 图7为不同吸附及解吸压力下PSA循环和 充压时间增加而呈先增大后减少的趋势.在RPSA循 RVPSA循环中床层轴向中点处气体温度在循环周期 环中吸附压力越高，充压阶段气流速度越大，且在轴向 内随时间的变化.由图7(a)可以看出：在RPSA循环 z1=0.2和z1=0.4位置处气流速度远大于顺流的气 中气体温度在原料气充压阶段快速上升，吸附阶段略 体流速极限值，即靠近进气端床层轴向40%的距离内 有升高，而放空降压阶段快速下降，反吹清洗阶段则略 最有可能产生吸附剂摩擦和蠕动，直至粉化，而吸附剂 有下降，循环周期内气体温度变化大约为10℃：吸附 粉化后的粉尘会堵塞控制阀门，最终会影响系统性能 压力越高时，气体温度在原料气充压升高越快，原料气 和稳定性 充压和吸附阶段结束后气体温度越高，而在放空降压 (a) b "mm=-1.03m51 h. 4=-.03mg -2 -2 ...z=0.2.P/P=270/100 -.·=0.2,PJP=24080 -l=0.4P/P-270100 …1=0.4,P/P=240/80 1=0.2.P/P=400/100 1=0.2.PJP.=24060 --z=0.4.P/P=400100 --1=0.4,P/P=24060 0.2 040.6 0.8 1.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 放空降压时间/ 放空降压时间/ 图6放空降压阶段气流速度随时间的变化.(a)RPSA循环：(b)RVPSA循环 Fig.6 Change of gas velocity with time during the BD step:(a)RPSA cyele:(b)RVPSA cycle工程科学学报，第 38 卷，第 7 期 气体流速极限值可按下式计算［20］: umax = 0. 8umf≈6 × 10 － 4 g dp μ ( ρp － ρf ) ． ( 17) 式中: umax为顺流或逆流的气流速度极限值，m·s － 1 ; umf 为流化速度，m·s － 1 ; g 为重力加速度，m·s － 2 ． 图 5 为不同吸附及解吸压力下 ＲPSA 循 环 和 ＲVPSA 循环中吸附床轴向 z /l = 0. 2 和 z /l = 0. 4 位置 气流速 度 在 原 料 气 充 压 阶 段 随 时 间 的 变 化． 对 于 ＲPSA 制氧中所用的吸附剂，颗粒直径最大约为 1 ～ 1. 5 mm，颗粒密度约为 800 ～ 1800 kg·m － 3，由式( 17) 计 算得到顺流的气体流速极限值为 0. 58 m·s － 1，逆流的 气体流速极限值为 1. 03 m·s － 1 ． 图 5 原料气充压阶段气流速度随时间的变化 Fig． 5 Change of gas velocity with time during the PＲ step 图 6 放空降压阶段气流速度随时间的变化 . ( a) ＲPSA 循环; ( b) ＲVPSA 循环 Fig． 6 Change of gas velocity with time during the BD step: ( a) ＲPSA cycle; ( b) ＲVPSA cycle 由图 5 可以看出，原料气充压阶段气流速度随着 充压时间增加而呈先增大后减少的趋势． 在 ＲPSA 循 环中吸附压力越高，充压阶段气流速度越大，且在轴向 z /l = 0. 2 和 z /l = 0. 4 位置处气流速度远大于顺流的气 体流速极限值，即靠近进气端床层轴向 40% 的距离内 最有可能产生吸附剂摩擦和蠕动，直至粉化，而吸附剂 粉化后的粉尘会堵塞控制阀门，最终会影响系统性能 和稳定性． 在 ＲVPSA 循环中解吸压力越低，充压阶段气流速 度越大，且在轴向 z /l = 0. 2 和 z /l = 0. 4 位置处气流速 度略大于顺流的气体流速极限值． 相对于 ＲPSA 循 环，ＲVPSA 循环中气流速度有了明显地下降，但仍然 较高． 因此，在床层压力快速变化的原料气充压阶段 应采取延长充压时间或控制阀门开度等措施来控制气 流速度，以减小对吸附剂的冲击． 3. 3 吸附和解吸压力对放空降压阶段气流速度的 影响 图 6 为 不 同 吸 附 及 解 吸 压 力 下 ＲPSA 循 环 和 ＲVPSA 循环中吸附床轴向 z /l = 0. 2 和 z /l = 0. 4 位置 处气流速度在放空降压阶段随时间的变化． 由图 6 可 以看出，放空降压阶段气流速度随着降压时间的增加 而呈先增大后减少的趋势． 在 ＲPSA 循环中吸附压力 越高，放空降压阶段气流速度也越大，在轴向 z /l = 0. 4 处气流速度略大于逆流气体流速极限值，而 z /l = 0. 2 处气流速度远大于逆流气体流速极限值． 在 ＲVPSA 循环中，由于放空降压阶段是将较高吸 附压力自由放空至大气压的过程，因此两种解吸压力 下气流速度随时间变化趋势基本一致，且轴向 z /l = 0. 2 和 z /l = 0. 4 处气流速度均大于逆流气体流速极限 值． 即不管是 ＲPSA 循环还是 ＲVPSA 循环，放空降压 阶段气流速度均较大，应采取调节阀门开度等措施来 控制降压阶段的气流速度［24--25］． 3. 4 吸附和解吸压力对循环性能的影响 图 7 为 不 同 吸 附 及 解 吸 压 力 下 ＲPSA 循 环 和 ＲVPSA 循环中床层轴向中点处气体温度在循环周期 内随时间的变化． 由图 7( a) 可以看出: 在 ＲPSA 循环 中气体温度在原料气充压阶段快速上升，吸附阶段略 有升高，而放空降压阶段快速下降，反吹清洗阶段则略 有下降，循环周期内气体温度变化大约为 10 ℃ ; 吸附 压力越高时，气体温度在原料气充压升高越快，原料气 充压和吸附阶段结束后气体温度越高，而在放空降压 · 899 ·