112 北京科技大学学报 2004年第1期 附时间的延长到某一定值，吸附床在吸附过程中 反吹量的增加也意味着产品气量损失，两个方面 接近或达到饱和，进一步增加吸附时间将导致强 的共同作用就是随着反吹比的增加，产品气纯度 吸附组分氨气穿透吸附床，从而造成产品气纯度 先增加，达到一个最大值后开始下降， 和回收率的下降.因此，在一定的实验条件下，存 般来说，由于反吹量的增加意味着产品流 在一个最佳的吸附时间.Adelio等人在他们的 量减少，所以随着反吹比的增加，变压吸附过程 实验中也观察到了类似的产品回收率和纯度随 的产品回收率应该下降，正如Adeio等人在其实 吸附时间的变化关系，但对于他们的实验装置而 验中观察到的那样.但从图4可知，随着反吹比 言，其最佳的吸附时间为50s.这种现象是由于吸 的增加，产品回收率先增加，然后开始下降，这种 附塔高径比以及分子筛颗粒直径大小产生的. 现象可以由微型变压吸附过程的特性来解释.微 20 型变压吸附制氧过程的循环周期一般远远小于 g 19 工业制氧过程的循环周期，所以解吸的程度对分 纯度 88号 子筛床层的工作容量影响很大，工作容量是指吸 18 84 回收率 附压力和解吸压力条件下分子筛吸附氨气量的 17 80 差值.因此对于微型变压吸附过程，一定程度上 16 76 增加反吹量有利于提高吸附床的解吸程度，从而 72 可以增加产品回收率，但反吹比增加的最直接作 15 7 8 9 10111213141516 用是减少了产品气流量，这将导致产品回收率下 吸附时间/s 降，两个方面的共同作用就是随着反吹比的增 图3产品纯度、回收率与吸附时间的关系 加，产品气回收率先增加，达到一个最大值后开 Fig.3 Effect of production duration on product purity and 始下降.微型化条件下，反吹比的优化还是一个 recovery 值得进一步研究的问题. 22反吹比的影响 2.3产品气量的影响 在一个循环周期内，随着两个吸附塔之间压 图5所示为产品气流量对产品气纯度以及回 力差的变化，反吹流量也发生变化.笔者用质量 收率的影响.由此可知，随着产品气流量的增加， 流量计测量记录反吹量的瞬时值，并采用积分方 产品气纯度下降而回收率升高.Adeio等人在其 法求其一个循环周期内的平均反吹量，以计算反 实验中也观察到了相似的变化关系.另外，对于 吹比.由图4可以看出，在本文实验范围内，随着 简单的两步变压吸附循环，要想保持合理的产品 反吹比的增加，产品气的纯度首先升高，达到一 气纯度，必须以较低的产品回收率为代价.增加 个最大值后开始缓慢下降，最佳的反吹比为0.5. 均压阶段可以一定程度上提高变压吸附装置的 反吹气对正处于解吸状态吸附床的逆流吹扫可 产品回收率，但这同时也会增加装置的系统复杂 以减小气相组分中氮气的分压，增加分子筛床层 性，对于微型制氧装置一般不采用增加均压的方 的再生，进而提高该吸附床在吸附阶段的吸附 法来提高产品回收率.从图5中可以看出，当产 量.这将导致产品气纯度的升高，但另外一方面， 品气纯度大于90%时，产品回收率为19%左右. 100 26 28 96 90 24 824 纯度 803 22 纯度 ￥20 20 70 18 84 咀 16 回收率 n 60 回收率 80 12 50 14 16 40 12 0.1 0.2 0.30.4 0.5 0.6 3 反吹比 产品气量/亿min) 图4产品气纯度、回收率与反吹比的关系 图5产品气纯度、回收率与产品气流量的关系 Fig.4 Effect of purge-to-product ratio on product purity Fig.5 Effect of production flowrate on product purity and and recovery recovery北 京 科 技 大 学 学 报 2 004 年 第 1 期 附时 间的延长 到某 一 定值 , 吸 附床在 吸 附过 程 中 接 近或 达到饱 和 , 进 一步增 加 吸 附时 间将 导 致强 吸 附组 分氮气 穿透 吸 附床 , 从而 造成 产 品气 纯度 和 回收率 的下 降 . 因此 , 在 一定 的实验 条件 下 , 存 在 一个 最佳 的吸 附时 间 . A ds il 。 等人 , , 在他 们 的 实验 中也 观 察 到 了类 似 的 产 品 回收 率和 纯 度 随 吸 附时 间 的变化关 系 . 但对 于他 们 的实验 装 置而 言 , 其最 佳 的吸 附时 间为 50 5 . 这 种现 象是 由于吸 附塔 高 径 比 以及 分 子筛颗粒 直 径大小 产 生 的 , 2 0 re we 一 . - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 反 吹量 的增 加也 意味着 产 品气 量损 失 . 两个方 面 的共 同作用就 是 随着 反吹 比 的增加 , 产 品气 纯度 先 增加 , 达到 一个 最 大值 后 开始 下 降 . 一般 来说 , 由于 反 吹量 的增 加意 味着产 品流 量 减少 , 所 以随着反 吹 比 的增加 , 变压 吸 附过 程 的产 品回 收率 应该 下 降 , 正 如 Ad ie o 等 人 在其 实 验 中观 察到 的那 样 , , . 但从 图 4 可知 , 随着反 吹 比 的增 加 , 产 品回收 率先 增加 , 然 后开始下 降 . 这 种 现象 可 以 由微 型变 压吸 附过 程 的特 性 来解 释 . 微 型 变压 吸 附制氧 过 程 的 循环 周 期 一般 远 远 小 于 工业 制氧 过程 的循 环周 期 , 所 以解吸 的程 度对 分 子筛床层 的工 作容 量影 响很 大 . 工作 容量 是指 吸 附 压力 和 解 吸压 力 条 件下分 子 筛吸 附氮 气 量 的 差值 . 因此 对 于微型 变压 吸 附过程 , 一 定程 度 上 增 加 反吹量 有 利于提 高 吸 附床 的解 吸程 度 , 从 而 可 以增加产 品回收率 . 但 反 吹 比增加 的最直 接作 用 是减 少 了产品气流 量 , 这将 导致产 品回 收率下 降 . 两 个 方面 的共 同作 用 就 是 随着反 吹 比 的增 加 , 产 品气 回收 率 先增 加 , 达 到 一个 最大 值 后开 始 下 降 . 微 型化 条件 下 , 反 吹 比的优化 还 是 一个 值 得进 一 步研究 的 问题 . .2 3 产 品气 量 的影 响 图 5所 示 为产 品气流 量对 产 品气纯度 以及 回 收 率 的影响 . 由此可知 , 随着产 品气 流量 的增加 , 产 品气 纯度 下 降而 回收率 升 高 . A de fo 等 人在 其 实验 中也 观察 到 了相似 的变化 关 系 `,l . 另外 , 对 于 简单 的两 步变 压 吸附循 环 , 要想 保持 合理 的产 品 气 纯度 , 必须 以较 低 的产 品回收 率 为代价 . 增 加 均 压 阶段 可 以一 定程 度 上提 高 变 压 吸 附装 置 的 产 品回收 率 , 但这 同 时也会 增加 装置 的系 统复 杂 性 , 对于 微型 制氧 装置 一般 不采 用增 加均 压 的方 法 来 提 高产 品 回收 率 . 从 图 5 中可 以看 出 , 当产 品气 纯度 大 于 90 % 时 , 产 品 回收率 为 19 % 左右 . 板芝侧峨犷咀 `一挑ù, 40 `,U J 勺ō0八吕一洲0户了l 9 八0 à 7 . 芝哥邻回唱礼 1 5 1 — J 一一一二 一一 ~ 一二 一一J ~ 一一一 一一 ~」 7 8 9 1 0 1 1 1 2 13 1 4 15 1 6 吸 附 时间 s/ 图 3 产 品纯度 、 回 收率 与吸 附时 间的关 系 F啥 · 3 E 幻er e t o f P or d u 比o n d u r a iOt . o o Por d u c t P u ir yt a n d 邝 CO V e r y 侧嗽礼芝犷哈 6 ,`一城ù 4 产凡n,O0 à .2 2 反 吹 比的影 响 在一 个循 环 周期 内 , 随着 两个 吸 附塔 之 间压 力 差 的变化 , 反 吹流 量也 发 生变 化 . 笔 者用 质 量 流量 计测 量记 录 反吹量 的瞬 时值 , 并采用 积分 方 法求 其一 个循 环周 期 内的平 均反 吹量 , 以计算 反 吹 比 . 由图 4 可 以看 出 , 在本 文 实验 范 围 内 , 随着 反 吹 比的增 加 , 产 品 气 的纯度 首 先升 高 , 达 到 一 个最 大值 后 开始 缓慢 下 降 , 最 佳 的反吹 比为 .0 5 . 反 吹气 对 正 处于 解 吸 状态 吸 附床 的逆 流 吹 扫可 以减 小气相 组分 中氮 气 的分压 , 增 加分 子筛床层 的再 生 , 进 而 提 高 该 吸 附床 在 吸 附阶 段 的 吸 附 量 . 这将 导致产 品气 纯度 的升 高 . 但 另外 一方 面 , 厂- - 一~ 一一一一~ 一 一 一~ 一 - - - - - - 门 1 0 0 0 à月R了`U 2 6 2 4 2 2 2 0 l 8 l 6 l 4 进侧坛犷唱化 哥邻回哈礼芝 on ù 0 一 n八,O U à 7 . 6 八Où月, 0 ù ù, 6 2 ,`,1 僻孚回哈礼芝 0 , 1 0 . 2 0 . 3 0 . 4 0 . 5 0 . 6 反吹 比 图 4 产 品气纯 度 、 回 收率与反 吹 比的关 系 F堪 . 4 E 到re e t o f P u r g e- to 一 P re d u e t r a 住0 o n Pro d u c t P u r ity a n d r e c o v e 叮 12 L 一一一一 ~ 一 一 月一 一 一 口 1 2 3 4 5 6 产 品气量 / 伍 · m i n 一 1 ) 图 5 产 品气纯 度 、 回 收 率与产 品气流t 的关 系 F ig . 5 E fe e t o f P ro d u e ito n 月o w ra te o . P r od u d P u r lty a o d r e C O V e r y 0 ù“ 、ōJ 4