变压吸附制氮说明书研讨.doc

变压吸附制氮气实验 一、实验目的 1. 理解变压吸附理论，掌握所学理论知识，并与实践相结合。 2. 了解变压吸附分离技术的应用领域，了解变压吸附设备，能够熟练操作设备。 3. 掌握吸附压力、循环周期、产品气流量等对产品氮气浓度的影响。 4. 掌握单塔穿透试验的测试方法，并绘制出穿透曲线。 二、实验原理 1. 变压吸附现象 吸附是一个复杂过程，存在着化学和物理吸附现象，而变压吸附则是纯物理吸附，整个过程均无化学吸附现象存在。 众所周知，当气体与多孔和固体吸附剂（如活性炭类）接触，因固体表面分子与内部分子不同，具有剩余的表面自由力场或称表面引力场，因此使气相中的可被吸附的组分分子碰撞到固体表面后即被吸附。当吸附于固体表面分子数量逐渐增加，并将要被覆盖时，吸附剂表面的再吸附能力下降，即失去吸附能力，此时己达到吸附平衡。 变压吸附在化工、轻工、炼油、冶金和环保等领域都有广泛的应用。如气体中水分的脱除，气体混合物的分离，溶剂的回收，水溶液或有机溶液的脱色、除臭，有机烷烃的分离，芳烃的精制等等。 2. 变压吸附原理 变压吸附是在较高压力进行吸附，在较低压力下使吸附的组分解吸出来。从图1吸附等温线可看出，吸附量与分压的关系，升压吸附量增加，而降压可使吸附分子解吸，但解吸不完全，故用抽空方法得到脱附解吸并使吸附剂再生。 图1、变压吸附的吸附等温线 吸附－解吸的压力变换为反复循环过程，但解吸条件不同，可以有不同结果，可通过图2（a）、（b）得到解释。 当被处理的吸附混合物中有强吸附物和弱吸附物存在时，强吸附物被吸附，而弱吸附物被强吸附物取代而排出，在吸附床未达到吸附平衡时，弱吸附物可不断排出，并且被提纯。 1.1 常压解吸 （见图2（a）） （1）升压过程（A－B） 经解吸再生后的吸附床处于过程的最低压力P1，床层内杂质的吸留量为Q1（A点），在此条件下让其他塔的吸附出口气体进入该塔，使塔压升至吸附压力P3，此时床内杂质的吸留量Q1不变（B点）。 （2）吸附过程（B－C） 在恒定的吸附压力下原料气不断进入吸附床，同时输出产品组分，吸附床内杂质组分的吸留量逐步增加，当达到规定的吸留量Q3 时（C点），停止进入原料气，吸附终止，此时吸附床上部仍预留有一部分未吸附杂质的吸附剂。 （3）顺放过程（C－D） 沿着进入原料气输出产品的方向降低压力，流出的气体仍然是产品组分，这部分气体用于其他吸附床升压或冲洗 。在此过程中，随床内压力不断下降，吸附剂上的杂质被不断解吸，解吸的杂质又继续被吸附床上部未充分吸附杂质的吸附剂吸附，因此杂质并未离开吸附床，床内杂质吸留量Q3不变。当吸附床降压到D点时，床内吸附剂全部被杂质占用，压力为P2。 （4）逆放过程（D－E） 逆着进入原料气输出产品的方向降低压力，直到变压吸附过程的最低压力P1（通常接近大气压力），床内大部分吸留的杂质随气流排出器外，床内杂质吸留量为Q2。 （5）冲洗过程（E－A） 根据实验测定的吸附等温线，在压力P1下吸附床仍有一部分杂质吸留量，为使这部分杂质尽可能解吸，要求床内压力进一步降低。为此利用其他吸附床顺向降压过程排出的产品组分，在过程最低压力P1下对床层进行逆向冲洗不断降低杂质分压使杂质解吸并随冲洗气带出吸附床。经一定程度冲洗后，床内杂质吸留量降低到过程的最低量Q1时，再生结束。至此，吸附床完成了一个吸附解吸再生过程，准备再次升压进行下一个循环。 图2 变压吸附的基本过程 1.2 真空解吸（见图2（b））。 经真空解吸再生后的吸附床处于过程的最低压力P0、床内杂质吸留量为Q1（A点），在此条件下用让其他塔的吸附出口气体进入该塔，使塔压升至吸附压力P3，床内杂质吸留量Q1不变（B点）。 （2）吸附过程（B－C） 在恒定的吸附压力下原料气不断进入吸附床，同时输出产品组分，吸附床内杂质组分的吸留量逐步增加，当达到规定的吸留量Q3时（C点）停止进入原料气，吸附终止，此时吸附床上部仍预留有一部分未吸附杂质的吸附剂。 （3）顺放过程（C－D） 沿着进入原料气输出产品的方向降低压力，流出的气体仍为产品组分，这部分气体用于其他吸附床升压或冲洗。在此过程中，随床内压力不断下降，吸附剂上的杂质被不断解吸，解吸的杂质又继续被吸附床上部未充分吸附杂质的吸附剂吸附，因此杂质并未离开吸附床，床内杂质吸留量Q3不变。当吸附床降压到D点时，床内吸附剂全部被杂质占用，压力为P2。 （4）逆放过程（D－E） 逆着进入原料气输出产品的方向降低压力，直到变压吸附过程的最低压力P1（通常接近大气压力），床内大部分吸留的杂质随气流排出器外，床内杂质吸留量为Q2。 （5）抽空过程（E－A） 根据实验测定的吸附等温线，在压力P1下吸附床仍有一部分杂质吸留量，为使这部分杂质尽可能解吸，要求床内压力进一步降低。在此利用真空泵抽吸的