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微型化变压吸附空分制氧装置实验研究

欧阳小芳  
【摘要】:本文为了实现空分制氧装置的微型化,采用四个直径80mm、厚度10mm的片状吸附塔,紧压排列并按带有均压步骤的Skarstrom循环进行变压吸附空分制氧实验。 实验分两部分:第一部分探讨了13X沸石分子筛锂离子改性,通过25℃氮氧的动态穿透曲线,表明含锂87.5%的13X沸石分子筛分离不出空气中的氮气和氧气。第二部分测定了25℃下氮气和氧气分别在ZMS-13X、5A和VP800上的吸附等温线和氮氧在5A和VP800沸石分子筛上的动态穿透曲线,并由动态穿透曲线计算出不同压力下氮氧在5A和VP800沸石分子筛上的分离因子,由此选择了ZMS-VP800为吸附剂。同时测定了四塔变压吸附单塔中进气混合物流量Q=284.67ml/min时不同吸附压力下氮氧在ZMS-VP800上的动态穿透曲线,由此确定最佳吸附压力为0.4MPa。研究对比了吸附床分别在平放和竖放两种放置方式下氧气的浓度和回收率,结果得出吸附床在竖放下氧气的浓度和回收率高于吸附床平放下氧气的浓度和回收率,由此确定了吸附床的放置方式为竖放。在吸附床竖放下,首先探讨了环境温度对氧气浓度、回收率以及制氧能耗的影响,确定了实验温度为常温24℃;其次,在室温24℃下,探讨了吸附压力PH=0.4MPa下进气混合物流量Q、吸附时间、均压时间、冲洗时间、充压时间以及冲洗比等因素对装置产氧浓度和回收率的影响,进而确定了吸附压力PH=0.4MPa下最佳循环参数;然后探讨了吸附压力PH=0.4MP下系统产氧浓度处于稳定态时四塔片中心温度一个周期内的变化情况,发现四塔片中心温度在吸附阶段和脱附阶段波动小于5℃;最后在吸附压力PH=0.4MPa和最佳循环参数下,分析了变压吸附循环160个周期中氧气的浓度和回收率的变化,证实了四塔变压吸附装置的稳定性。同时,在室温24℃下,测定了不同吸附压力和吸附时间所对应氧气的浓度、回收率、单位质量吸附剂的产氧量和制氧能耗,得出装置最佳产氧浓度为80.9%,回收率为29.29%,单位质量吸附剂的产氧量为52.51NLO_2/hkg,制氧能耗为0.738kwh/Nm~3O_2。


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