1、四川空分设备（集团）有限责任公司四川空分设备（集团）有限责任公司SASPG 分子筛纯化系统1.空分净化设备的发展空分净化设备的发展铝带蓄冷器冻结高低压流程铝带蓄冷器冻结高低压流程(第一代空分第一代空分)；石头蓄冷器冻结全低压流程石头蓄冷器冻结全低压流程(第二代空分第二代空分)；切换式换热器冻结全低压流程切换式换热器冻结全低压流程(第三代空分第三代空分)；常温分子筛净化全低压流程常温分子筛净化全低压流程(第四代空分第四代空分)；常温分子筛净化增压膨胀流程常温分子筛净化增压膨胀流程(第五代空分第五代空分)；常温分子筛净化填料型上塔全精馏制氩流程常温分子筛净化填料型上塔全精馏制氩流程(第六代空分第六
2、代空分)。常温分子筛净化大型内压缩空分流程常温分子筛净化大型内压缩空分流程SASPG切换式换热器冻结全低压流程切换式换热器冻结全低压流程流程特点：(1).以切换式换热器取代石头蓄冷器，由于由间壁式连续换热代替了蓄冷器的间歇式换热，使温度场分布较为稳定；同时在气流通道中供水分和二氧化碳冻结的空间也增大了，使切换周期延长，切换损失可由蓄冷器流程4%下降到2%。(2).采用了环流法来保证切换式换热器的不冻结性，可使空气和返流污氮气冷端温差由蓄冷器流程的3.5缩小到2.5。这是一种较为完善的不冻结性的方法，不再需要设置中间抽气阀箱、二氧化碳吸附器等附加设备，使流程简化。SASPG缺点：(1).为了满足
3、切换式换热器自清除要求，需要返流污氮气量较大。一般而言，污氮气量与总加工空气量之比不得低于55%，即氧、氮产品产量最多只能达到总加工空气量的45%。这样，纯氮气量与氧气产量之比最多只能达1.1，无法满足用户对大量纯氮气的需求（2).为了满足切换式换热器的不冻结性要求，冷端要保证有一最小温差，空分设备的启动要分成4个阶段来完成，以避免水分和二氧化碳进入精馏塔内。因而启动操作要十分小心，比较麻烦。SASPG常温分子筛流程常温分子筛流程流程特点：(1).以分子筛吸附剂在常温下吸附空气中水分和二氧化碳及碳 氢化合物的特性，将切换式换热器的传热传质两种功能分开，在冷箱外用分子筛吸附器清除空气中的水分和二
4、氧化碳；在冷箱内的换热器 仅起换热作用。(2).由于主换热器没有自清除要求，冷端温差不用严格限制，使纯氮气和氧气产量比大大提高。(3).分子筛吸附器的切换周期远远长于切换式换热器的切换周期。(4).分子筛吸附器清除空气中有害杂质较彻底，空分设备的操作安全性好，连续运行周期可达两年以上。(5).启动和操作过程中，不需要考虑自清除的影响。因而操作简便，有利于实现变负荷操作和提高自动化控制水平。SASPG2.原料空气净化原理原料空气净化原理2.1.概述概述净化与分离都是将气体混合物组分彼此分开。但在习惯上，净化与分离净化与分离都是将气体混合物组分彼此分开。但在习惯上，净化与分离是有区别的：从气体中脱
5、除含量比较少的气相杂质，这个操作过程称为净是有区别的：从气体中脱除含量比较少的气相杂质，这个操作过程称为净化；如果将混合气体中含量比较多的组分彼此分开，这个操作过程称为分化；如果将混合气体中含量比较多的组分彼此分开，这个操作过程称为分离。离。低温装置中，原料气内一般都含有杂质，这些杂质必须尽可能地除去。低温装置中，原料气内一般都含有杂质，这些杂质必须尽可能地除去。净除杂质的目的是：（净除杂质的目的是：（1）防止杂质在局部地区冻结，致使设备、管路堵）防止杂质在局部地区冻结，致使设备、管路堵塞，装置不能正常运行；（塞，装置不能正常运行；（2）除去危险的爆炸物；（）除去危险的爆炸物；（3）提高原料气
6、的纯）提高原料气的纯度；（度；（4）防止杂质腐蚀设备。因此，气体的净化设备是低温装置内不可）防止杂质腐蚀设备。因此，气体的净化设备是低温装置内不可缺少的一个组成部分。缺少的一个组成部分。SASPG气体的净化主要采用下列几种方法：气体的净化主要采用下列几种方法：l、吸收法：吸收法是以溶液吸收为基础，使气体与吸收溶液互相接触，、吸收法：吸收法是以溶液吸收为基础，使气体与吸收溶液互相接触，气体中的杂质被吸收剂所吸收。被吸收的物质是可以溶于液体中，或者气体中的杂质被吸收剂所吸收。被吸收的物质是可以溶于液体中，或者与液体起化学反应。与液体起化学反应。2、吸附法：利用气体在固体表面上积聚的特性，使杂质吸附
7、在固体吸、吸附法：利用气体在固体表面上积聚的特性，使杂质吸附在固体吸附剂表面进行脱除。附剂表面进行脱除。3、冷凝法：冷凝法是用来将气体转变成液体的一种方法，由于多组分、冷凝法：冷凝法是用来将气体转变成液体的一种方法，由于多组分混合气体中各组分的冷凝温度不同，在冷凝过程中高沸点组分先凝结出混合气体中各组分的冷凝温度不同，在冷凝过程中高沸点组分先凝结出来，混合气体的组分也就发生了变化，得到高纯度的组分。用冷凝法可来，混合气体的组分也就发生了变化，得到高纯度的组分。用冷凝法可以脱除沸点高的杂质，冷却温度越低，这些杂质被清除的程度就越高，以脱除沸点高的杂质，冷却温度越低，这些杂质被清除的程度就越高，但
8、消耗的费用也越大。但消耗的费用也越大。4、催化法：通过某种适当的化学反应，使杂质转化成无害的化合物，、催化法：通过某种适当的化学反应，使杂质转化成无害的化合物，因而可留在气相内；或者转化成比原来的杂质更易除去的化合物，以便因而可留在气相内；或者转化成比原来的杂质更易除去的化合物，以便达到脱除的目的。达到脱除的目的。杂质的化学催化都是使用固体催化剂，由非均相催化反应实现的。杂质的化学催化都是使用固体催化剂，由非均相催化反应实现的。5、薄膜渗透法：利用某些薄膜的各种气体组分具有选择扩散的特点以、薄膜渗透法：利用某些薄膜的各种气体组分具有选择扩散的特点以除去杂质。除去杂质。SASPG上述方法都可以用
9、来清除气体杂质如果气体内含有固体尘粒，它能引上述方法都可以用来清除气体杂质如果气体内含有固体尘粒，它能引起设备的磨损，堵塞和密封不良此时需设置固体尘粒的净除装置。起设备的磨损，堵塞和密封不良此时需设置固体尘粒的净除装置。在这一章中，主要介绍空气的净化，即空气中固体尘粒，水蒸气、二氧在这一章中，主要介绍空气的净化，即空气中固体尘粒，水蒸气、二氧化碳和乙炔的净除。化碳和乙炔的净除。2.2除除 尘尘 从气体与微粒混合物中分离粒子的操作称除尘。从空气中分离、捕集从气体与微粒混合物中分离粒子的操作称除尘。从空气中分离、捕集微粒的设备称除尘装置。微粒的设备称除尘装置。一般直径为一般直径为100m以上的粒子
10、由于重力作用很快地降落殆尽，不存在以上的粒子由于重力作用很快地降落殆尽，不存在分离问题。另一方面分离问题。另一方面0.lm以下的粒子还不构成严重问题。目前作为除以下的粒子还不构成严重问题。目前作为除尘对象的粒子粒径在尘对象的粒子粒径在100m至至0.lm之间，其中之间，其中100m以下，以下，10m以上以上的粒子易于分离，困难的是的粒子易于分离，困难的是10m至至0.1m，特别是，特别是5m以下粒子。以下粒子。除尘装置性能包括流量、压力损失以及除尘效率，此外，也包括除尘除尘装置性能包括流量、压力损失以及除尘效率，此外，也包括除尘装置的耐用年限以及保养难易等。装置的耐用年限以及保养难易等。除尘效
11、率：用来表示除尘装置的除尘性能，除尘效率除尘效率：用来表示除尘装置的除尘性能，除尘效率的公式可用下式的公式可用下式表示：表示：SASPG式中：式中：除尘效率除尘效率G1一进入除尘装置的粉尘总重量一进入除尘装置的粉尘总重量 g/hG2一除尘装置所捕集的粉尘重量一除尘装置所捕集的粉尘重量 g/hCi一进入除尘装置的空气含尘浓度一进入除尘装置的空气含尘浓度 g/Nm3Co一排出除尘装置的空气含尘浓度一排出除尘装置的空气含尘浓度 g/Nm3有时不采用除尘效率有时不采用除尘效率，而采用透过率，而采用透过率，100一一（）（）来表示装置的除尘性能。对于一定的除尘装置。除尘效率随着需捕集来表示装置的除尘性能
12、。对于一定的除尘装置。除尘效率随着需捕集的的尘粒种类、粒度、浓度和操作条件的不同而变化尘粒种类、粒度、浓度和操作条件的不同而变化2.2.1 除尘装置的种类：除尘装置的种类：除尘装置是利用作用于粒子上的重力、惯性力、离心力、扩散粘附力除尘装置是利用作用于粒子上的重力、惯性力、离心力、扩散粘附力和库仑力等作用中的一种或几种进行除尘，其主要形式有：和库仑力等作用中的一种或几种进行除尘，其主要形式有：1、惯性除尘装置：是使含尘气体冲击挡板，让气流进行急剧的方向变、惯性除尘装置：是使含尘气体冲击挡板，让气流进行急剧的方向变更，借尘粒本身的惯性力作用而将其分离的装置。更，借尘粒本身的惯性力作用而将其分离的
13、装置。SASPG2、过滤除尘装置：是使含尘气体通过滤料，将尘粒分离捕集的装置、过滤除尘装置：是使含尘气体通过滤料，将尘粒分离捕集的装置3、离心力除尘装置：是使含尘气体作旋转运动，借作用于尘粒的离心、离心力除尘装置：是使含尘气体作旋转运动，借作用于尘粒的离心力，把尘粒从空气中分离出来的装置。力，把尘粒从空气中分离出来的装置。4、洗涤除尘装置：是用液滴、液膜、气泡等洗涤含尘的气体使尘粒粘、洗涤除尘装置：是用液滴、液膜、气泡等洗涤含尘的气体使尘粒粘附和相互凝结，而将尘粒进行分离的装置。附和相互凝结，而将尘粒进行分离的装置。5、电除尘装置：电除尘是用高压直流电源造成适当的不均匀电场，利、电除尘装置：电
14、除尘是用高压直流电源造成适当的不均匀电场，利用该电场中的电晕放电，使气体中的尘粒带上电荷，然后借助于库仑用该电场中的电晕放电，使气体中的尘粒带上电荷，然后借助于库仑力把这些带电尘粒分离捕集于集尘极上的装置。力把这些带电尘粒分离捕集于集尘极上的装置。上述几种除尘装置的主要参数如表上述几种除尘装置的主要参数如表5l所示。所示。形 式可能的捕集粒度m压力损失Pa最适宜风速m/s设备费用惯性除尘20153001000510小离心除尘515100020001520小袋式过滤器0ll100025000010l大充填式过滤器0l101010000l3中洗涤除尘0l1050010005100中电除尘0ll20
15、050013大表表5l 各种除尘装置的主要参数各种除尘装置的主要参数SASPG2.2.2空气过滤器空气过滤器1、拉西环过滤器：结构图示于图、拉西环过滤器：结构图示于图5一一1，在钢制壳体内插入装拉西环的，在钢制壳体内插入装拉西环的盒，拉西环层的高度为盒，拉西环层的高度为6070mm，环上涂过滤油，空气通过拉西环，环上涂过滤油，空气通过拉西环层，尘粒便粘附在层中，同时由于空气速度的降低，部分尘粒沉降在层，尘粒便粘附在层中，同时由于空气速度的降低，部分尘粒沉降在壳体内、如果入过滤器的空气中的固体尘粒含量在壳体内、如果入过滤器的空气中的固体尘粒含量在20mgm3以下，以下，净化后空气中固体尘粒含量能
16、低于净化后空气中固体尘粒含量能低于 1mgm3，每，每20004000 m3/h空气需过滤面积为空气需过滤面积为1m2。过滤油具备下列指标，粘度在过滤油具备下列指标，粘度在 323KW不低于不低于 3.54.0思氏度，凝思氏度，凝固点不高于固点不高于 253K（一（一20）空气速度应不超过空气速度应不超过0.30.5m/s，过滤器初始阻力为，过滤器初始阻力为 100150Pa，当阻力达当阻力达 300400Pa时，拉西环应用煤油清洗。时，拉西环应用煤油清洗。2、链带式过滤器：、链带式过滤器：结构如图结构如图52所示，在片形链带上装有框架，每个框架上铺上细网，所示，在片形链带上装有框架，每个框架
17、上铺上细网，壳体下部有油槽空气通过网架时，将所含尘粒留于网上的油膜中，壳体下部有油槽空气通过网架时，将所含尘粒留于网上的油膜中，随着链的回转，附着的尘粒通过油槽时被洗掉，并复盖上一层新的油随着链的回转，附着的尘粒通过油槽时被洗掉，并复盖上一层新的油膜，油槽需经常清除灰尘和补充新油，链带作周期性的间歇运动，例膜，油槽需经常清除灰尘和补充新油，链带作周期性的间歇运动，例如停如停12分，转分，转13秒，链带转速秒，链带转速50mmmin。通过链带式过滤器的空气流速应小于通过链带式过滤器的空气流速应小于1.5m/s，过滤器的阻力在，过滤器的阻力在80 150Pa范围内，除尘效率达范围内，除尘效率达90
18、以上。以上。SASPG3、干带式过滤器：结构如图、干带式过滤器：结构如图5一一3所示，在干带上下两端装有滚筒，当所示，在干带上下两端装有滚筒，当阻力超过指定值时，通过联锁装置使得两只滚筒转动，将下滚筒的新阻力超过指定值时，通过联锁装置使得两只滚筒转动，将下滚筒的新带转入工作状态，脏带存入上滚筒，用完后卸下上下滚筒进行清洗。带转入工作状态，脏带存入上滚筒，用完后卸下上下滚筒进行清洗。国内过滤带常采用国内过滤带常采用6001针刺氧过滤呢，带的单元尺寸为宽针刺氧过滤呢，带的单元尺寸为宽1330mm。，长。，长22m，初始阻力，初始阻力250Pa，最终阻力，最终阻力500Pa。通过干带式过滤器的空气流
19、速小于通过干带式过滤器的空气流速小于3ms。干带式过滤器的特点是可避免油雾进入空气中，它与链带式过滤器干带式过滤器的特点是可避免油雾进入空气中，它与链带式过滤器串联使用，清除通过链带式过滤器后空气中所夹带的细尘和油雾进串联使用，清除通过链带式过滤器后空气中所夹带的细尘和油雾进入空分设备原料空气中允许含油量应小于入空分设备原料空气中允许含油量应小于0.02mgm3。SASPG1一钢制外壳；一钢制外壳；2一拉西环插入盒；一拉西环插入盒；3一拉西环一拉西环SASPG4、袋式过滤器袋式过滤器袋式过滤器是利用表面过滤的原理，即用滤布或滤纸等较薄的材料，将最初沾附在表面的尘粒层（初层）作为过滤层，进行微粒
20、的捕集。其除尘原理如图54 所示，当尘粒的粘附达到一定量时，要进行清除被清除的是集尘层，而初层大部分仍残留下来，所以初层形成之后能捕集1m以下的微粒。粘结在丝网上的尘粒层沿横向堆积，在网丝和网丝之间产生尘粒的架桥现象。图55表示由于架桥现象粘附，固定在滤布表面的尘粒层（初层），尘粒是由初层及在它上面逐渐堆积起来的集尘层进行过滤的。这时滤布只不过起着形成初层和支持它的骨架作用。普通化学纤维布的网孔为2050m。用这样的滤布，只要设备得当，就是0lm的尘粒，也能获得接近100的除尘效率。过滤速度（处理的气体量除滤布的总面积）对形成初层及其运行操作的条件起主要作用 过滤速度的选择，如采用织物滤布作表
21、面过滤，以20m/s的值作为大致标准，一般取在0310m/s范围内，愈是微细的尘粒，愈要取小值。SASPG操 作 时 间/传质区传质区传质区y0yeyyey0100eb操 作 时 间/传质区传质区传质区y0yeyyey0100eb图图5一一5 含尘气流在垂直圆柱表面上所形成的尘粒层含尘气流在垂直圆柱表面上所形成的尘粒层a）在并丝网眼处形成尘粒的架桥现象）在并丝网眼处形成尘粒的架桥现象b）尘粒对垂直圆柱表面的粘附情况和气体速度的关系）尘粒对垂直圆柱表面的粘附情况和气体速度的关系SASPG5、自洁式过滤器自洁式过滤器自洁式过滤器是目前空分设备最为普遍选用的过滤器。自洁式过滤器由高效过滤筒、文氏管、
22、自洁专用喷头、反吹系统、控制系统、净气室和出风口、框架等组成。过滤过程：在压缩机吸气负压作用下，吸入周围的环境空气。当空气穿过高效过滤筒时，粉尘由于重力、静电和接触等阻留在滤筒外表面，净化空气进入净气室，然后经出风管出。自洁过程：当电脑发出指令，电磁阀启动并驱动隔膜阀，瞬间释放一股压力为0.40.6Mpa的脉冲气流，经专用喷头整流喷出，文氏管卷吸、密封、膨胀从滤筒内部均匀地外冲击，将积聚在滤筒外表面的粉尘吹落，自洁过程完成。清灰控制有3种方式：（1）定时定位，可任意设定间隔时间和自洁时间；（2）差压自洁，当压差超指标时，进入自动连续自洁；（3）手动自洁，当电控箱不工作或粉尘较多时，可采用手动自
23、洁。反吹自洁过程是间断的，每次仅12组处于自洁状态，其余仍在工作，所以具有在线自洁功能以保证连续工作。自洁式过滤器核心部件过滤筒，采用进口RK-300高效防水过滤纸，经特殊工艺生产而成。自带前置过滤网，防止柳絮、树叶及废纸吸入，延长滤筒使用寿命。SASPG采用电脑控制机电一体化，安装简单便捷，只需配管通电、通气即可工作。自洁式过滤器具有以下优点：（1）过滤阻力小，小型机150Pa，大型机30800Pa。空压机设计时通常要求前置过滤器及其管道阻力小于1500Pa，这就要求过滤器阻力不能太大。阻力损失大，有利于提高过滤效率，但会影响空压机的进口压力；阻力损失小，有利于保证空压机的进口压力，但过滤效
24、率差。因此过滤器要保持一个合理的、相对稳定的阻力损失值，既不影响空压机的进口压力，又能保证较高的过滤效率。（2）过滤效率比一般过滤器提高5%10%。（3）适应性广，采用进口高效防水过滤纸，在南方潮湿多雾地区不受太大影响。（4）耗气少，反吹时压缩空气需求量仅为0.10.5m3/min，电容量约为100500W。（5）占地面积少，产品为积木式结构，大型机可采用多层叠放。（6）结构简单，设备轻，为同容量的布袋过滤器及其他过滤器的1/2左右。SASPG（7）防腐性能好，净气室采用优质涂层及不锈钢内衬，杜绝过滤后的空气受二次污染。外表面采用高级防腐船用漆，保证室外环境下长期不受腐蚀。（8）日常维护工作量
25、小。约两年左右更换滤筒，更换滤筒不需停机。过滤器本身不带动力，引风力来自被保护设备进风口的负压。使用大过滤面积的设备，过滤元件使用寿命长，但价格高；使用小过滤面积的设备，一次性投资成本低但阻力高，过滤元件使用寿命短。过滤元件本身可承受比工作压力大得多的负压。但是阻力高、能耗大，综合考虑设备价格和运行费用，选购过滤器时可参照以下经验：实际风量=（0.71.2）额定风量。SASPG2.3.吸附的定义吸附的定义 当两相组成一个体系时，其组成在两相界面与相内部是不同的，处在两相界面处的成分产生积聚(浓缩)，这种现象称为吸附吸附。已被吸附的原子或分子，返回到气相中，称之为解吸解吸或脱附或脱附。在两相界面
26、处，被吸附的物质称为被吸附物吸附物(吸附质吸附质)，而吸附相称为吸附剂吸附剂。由于被吸附物和吸附剂之间的吸附力的不同，吸附又可分为物理吸附和化学吸附物理吸附和化学吸附两类。物理吸附也称为范德华吸附，它是由于分子间的扩散作用及静电作用等引起；而化学吸附是由于化学键作用所引起的。2.3.1吸附的基本原理吸附的基本原理 吸附是利用一种多孔性固体表面去吸取气体(或液体)混合物中的某种组分，使该组分从混合物中分离出来。通常把被吸附物含量低于3%，并且是弃之不用的吸附称为吸附净化吸附净化;把被吸附物含量高于3%，或者虽低于3%，但被吸附物是有用而不弃去的吸附称为吸附分离吸附分离。空气中的水分、二氧化碳等杂
27、质含量都低于3%，并弃去不用，所以这种吸附被称为空气的吸附净化，或吸附纯化。SASPG吸附转效曲线如图1所示。操作时间/传质区传质区传质区y0yeyyey0100eb图1 吸附转效曲线SASPG下列运行条件的变化都会造成吸附转效时间提前：(1).吸附剂颗粒增大；(2).床层高度降低；(3).流体通过床层的流速增大；(4).原料气中杂质浓度提高。吸附剂的吸附能力以吸附容量来表示。吸附容量分为静吸附容量和动吸附容量。静吸附容量：静吸附容量：是在一定温度和被吸附组分浓度一定的情况下每单位质量或单位体积的吸附剂到达平衡时所能吸附物质的最大量。动吸附容量：动吸附容量：是吸附剂到达转效点时的吸附值(吸附器
28、内单位吸附剂的平均吸附容量)。由于气体连续流过吸附剂表面,未达到饱和就已流走，故动吸附容量小于静吸附容量。SASPG吸附容量的大小受多种因素的影响，主要有：(1).吸附过程的温度和被吸附组分的分压(或浓度):吸附容量随着吸附质分压力增加而增加，但增大到一定程度以后，吸附容量大体上与分压无关。吸附容量随吸附温度的降低而增大，所以应尽量降低吸附温度；同时，温度降低，饱和水分含量也相应减少，有利于吸附器的正常工作。(2).气体流速：流速越高，吸附效果越差，吸附剂的动吸附容量越小。流速不仅影响吸附能力，而且影响气体的干燥程度。(3).气体湿度：分子筛对相对湿度较低的气体干燥能力较大。与活性氧化铝和硅胶
29、相比，当相对湿度较低时，分子筛对水分仍然具有良好的吸附能力。(4).吸附剂再生完善程度：吸附剂解吸再生越彻底，吸附容量就越大，反之越小。而再生的完善程度与再生温度有关(应在吸附剂热稳定性温度允许的范围内)，也与再生气体中含有多少吸附质有关。SASPG2.3.2吸附剂的再生吸附剂的再生 为了使吸附质从吸附剂表面上解脱出来，从而使吸附剂恢复吸附能力称为解吸(或称再生)。2.4吸附剂吸附剂 一切固体都有吸附能力，但并不都是吸附剂。吸附剂必须具备适当的表面结构、表面积、孔隙大小和分布，使其具有很强的吸附力。空分设备中为净化空气常用的吸附剂有硅胶、活性氧化铝、分子筛。2.4.1.硅胶硅胶 硅胶是人造含硅
30、石，是用硅酸钠与硫酸反应生成硅酸凝胶，再经脱水制成。其化学式为SiO2.nH2O。硅胶具有较高的化学稳定性和热稳定性，不溶于水和各种溶剂(除氢氟酸和强酸外)。按孔隙大小的不同，可分为粗、细孔两种。SASPG2.4.2.活性氧化铝活性氧化铝 活性氧化铝是用碱从铝盐溶液或用酸从铝盐溶液中沉淀出水合氧化铝，然后经过老化、洗涤、胶溶、干燥和成型得到氢氧化铝，再经脱水而得到氧化铝。其化学式为AI2O3，呈白色，具有较好的化学稳定性和机械强度。现在使用的活性氧化铝是以三水铝石为原料，经过干燥、高温快速脱水，然后经再水化和活化等制备工艺制取的X型干燥剂。新产品具有抗压强度高、磨耗低、不粉化、不爆裂等独特的优
31、点，其抗冷、热的突变性也很强，在极恶劣的工作条件下，也能承担吸附作用。SASPG2.4.3.分子筛分子筛 分子筛是人工合成泡沸石，硅铝酸盐的晶体，呈白色粉末，加入粘结剂后可挤压成条状、片状和球状。分子筛无毒、无味、无腐蚀性，不溶于水及有机溶剂，但能溶于强酸和强碱。分子筛经加热失去结晶水，晶体内形成许多孔穴，其孔径大小与气体分子直径相近，且非常均匀。它能把小于孔径的分子吸进孔隙内，把大于孔隙的分子挡在孔隙外。因此，它可以根据分子的大小，把各种组分分离，“分子筛”亦由此得名。分子筛的化学通式为：Mex/n(AIO2)x(SiO2)y.mH2O。Me表示阳离子，主要是Na+、Ca2+、K+。X型分子
32、筛的化学通式为：Na86(AIO2)86(SiO2)106.XH2O。分子筛按照其晶体结构分为：A型分子筛（3A、4A、5A）、八面沸石（X型，Y型）、丝光沸石、斜发沸石等。SASPG2.4.3.1分子筛的选型分子筛的选型 13X分子筛是目前空分设备中唯一选用的一种吸附剂，凡可吸附于3A、4A、5A型分子筛上的分子，都能被13X分子筛吸附。在其他分子筛上体现的特性，在13X上同样都有表现。如吸水性强，在高温、低分压下具有良好的吸附性能，并能吸附加工空气中更多种类的有害杂质，其物理性能见表1 由于13X晶胞为体心立方，而5A为一般立方体，晶体结构不同，前者结构稳定性好。13X分子筛孔径为10，其
33、孔径大于其他分子筛，便于吸附、解吸。13X分子筛晶穴体积大，比表面积也大，其吸附容量高，扩散也快。13X分子筛透过曲线斜率较大，因此，其传质区较短，吸附速度快。SASPG 表1 5A与13X分子筛物理性能 注：*在2.33kpa压力和25温度下。型号孔径/A)晶穴体积/(ml/g)比表面积/(m2/g)平衡水吸附量*(质量分数)5A50.244750 80021.5%13X100.280800 100024%SASPG13X分子筛有条状、球状和三叶型3种，其规格见表2。表2 不同规格分子筛的尺寸和堆比重 规格 1/8 1/1648目812目颗粒直径/mm 2.923.43 1.461.972.
34、384.75 1.682.38 堆积密度/(kg/m3)610610640640SASPG2.4.3.2分子筛的传质速率分子筛的传质速率 选用1/16和812目小尺寸的分子筛能减小床层体积。在特定的空分设备运行工况下，其床层对应传质区(不饱和区)长度较短。而采用1/8和48目大尺寸的分子筛，传质区高度所占比例明显上升，如图2所示。三叶型的分子筛的传质优于1/8和48目分子筛，劣于1/16和812目分子筛。SASPG分子筛平衡区平衡区平衡区传质区传质区传质区传质区长度三叶型如图2 不同规格分子筛的传质区SASPG2.4.3.3床层压力降床层压力降 由于分子筛颗粒大小不同，颗粒内扩散的总阻力值影响
35、也不同，这将使吸附床的压力降相差很多，流体阻力与粒径呈反比，如图3所示。如图3 不同规格分子筛的压力降 压力降三叶型1/848目分子筛1/16812目SASPG2.5.杂质的吸附与透过杂质的吸附与透过 经空气冷却塔冷却后的空气一般在520左右进入吸附器内被吸附净化。水分乙炔和二氧化碳都是极性或不饱和分子，分子筛对它们都有很强的亲和力。分子筛的共吸附性能使它可以在吸水的同时还可以吸附其他物质，这种亲和力的顺序是：H2OC2H2CO2。由于是共吸附，势必会使分子筛对每种组分的吸附容量减少。在吸附过程中，出吸附剂床层的空气中很快会出现甲烷(CH4)乙烷(C2H6)，接着是乙烯(C2H4)、丙烷(C3
36、H8)，几乎与二氧化碳同时在出吸附剂层的空气中出现。以后才依次出现乙炔(C2H2)、丙烯(C3H6)、丁烷(C4H10)、和丁烯(C4H8)。由于吸附器必须在出口空气中出现二氧化碳之前结束吸附周期，即切换。这表明乙炔、丙烯、丁烷、和丁烯不会随空气进入空分设备内。可将上述吸附现象用表3、4表示。SASPG 表3 分子筛透过和吸附的杂质透过 甲烷、乙烷、乙烯、丙烷 吸附二氧化碳、乙炔 丙烯、丁烷、丁烯水 SASPG 表4 杂质穿透分子筛床层顺序甲烷立即穿透 乙烷几乎立即穿透 二氧化碳、丙烷、乙烯 几乎同时穿透，但按相反顺序 乙炔、丙烯 迟一些穿透 丁烷、丁烯 较迟一些穿透 水 很迟才穿透 SASP
37、G2.6吸附剂的再生及能耗吸附剂的再生及能耗 再生的基本机理是破坏吸附的动态平衡，人为地使吸附剂表面上停留的吸附质分子不断减少，最后达到完全脱附的目的。因此，再生是传质和传热同时发生的复杂过程。吸附剂的再生有正常再生与高温再生(高温活化)之分。正常再生：正常再生：是指正常运行过程中的吸附剂再生。正常再生温度通常在150200，吹冷峰值温度达到100以上，就可认为再生比较彻底。SASPG 高温再生高温再生(高温活化高温活化)：是指在特殊时期进行的，目的是为了降低分子筛的残余含水量，提高分子筛对二氧化碳的吸附容量。比如：吸附器进水以后，恢复分子筛的性能。还有，当吸附器连续运转23年，分子筛的性能也
38、会下降，这时也需要做高温活化，提高分子筛的性能。再生能耗（电能、热能）包括：金属加热、吸附剂加热、二氧化碳解吸热、水分解吸热、热量损失等几方面所需热量的总和。SASPG2.6 大气中有害杂质对分子筛的影响大气中有害杂质对分子筛的影响 空气中的有害杂质，如二氧化硫、氯化氢、氯、一氧化氮、硫化氢和氨等，在被分子筛吸附后又遇到水分的情况下，会与分子筛起反应而使分子筛的晶格发生变化。这些酸性空气组分与分子筛的反应是不可逆的，因而将低分子筛的吸附能力。其结果是：随着使用时间的延长，吸附器的运转周期就会减短。SASPG2.7 分子筛的使用寿命分子筛的使用寿命 为延长分子筛的使用寿命，必须做到以下几点：(1
39、).由于工业污染的日益加剧，排放废气氧化氮、硫化氢含量高的工厂，其空分设备必须安装于上风向处。(2).空气冷却塔可以使用循环水，但水的PH值应维持在78之间。当PH7时则应换上一部分新鲜水；而当PH8时，可加酸性物中和。(3).避免空气冷却塔误操作，使水进入吸附器。(4).分子筛床层应尽力避免受气体的突然冲击。SASPG3.分子筛纯化系统流程分子筛纯化系统流程 分子筛纯化系统由2只吸附器、加热器(电加热器或蒸汽加热器)、阀门、管道和切换系统组成。被压缩的空气经预冷系统冷却到一定温度后，自下向上通过MS7201(或MS7202)分子筛吸附器时，空气中所含有的H2O、C2H2、CO2等杂质相继被吸
40、附清除，净化后的空气进入冷箱中的主换热器。两只吸附器交替使用，一只工作时，另一只再生。吸附器吸附再生循环如图4所示。SASPG降压净化加热 冷吹升压降压加热 冷吹升压净化 图4 分子筛吸附器吸附再生循环如图 SASPG 吸附器的再生一般分4步进行。第一步：降压(卸压)；第二步：加热(用加热的干燥气体吹扫吸附剂)；第三步：吹冷(用未经加热的干燥气体吹扫吸附剂)；第三步：升压(均压)。(1).降压降压(卸压卸压)：吸附器在工作周期即将结束时，须将容器内的带压空气排放出去。此步完成时间一般在612min。(2).加热：加热：污氮气经加热器加热至160以上(考虑到2年以上的连续运行，加热器常采用一用一
41、备)，干燥的热污氮气在吸附器入口处的温度在150以上，自上而下通过吸附器。(3).吹冷：吹冷：吹冷用的污氮气不经过加热器而旁通进入吸附器。吹冷初期，污氮气出吸附器的温度会继续上升,待上升至100左右后就逐渐下降，吹冷末污氮气出吸附器温度可下降至比工作温度高510。SASPG (4).升压升压(均压均压)：使正在工作的一只吸附器中的空气充入即将再生完毕的一只吸附器中，当压差连锁PdS0时，说明再生吸附器的压力与工作吸附器的压力已经均衡，升压便结束。为避免气流冲击吸附剂床层，使床层发生移动或摩擦，故升压要缓慢。此步完成时间一般在1224min。吸附剂吸附过程是一个放热过程，吸附剂解吸再生是一个吸热
42、过程。空分纯化系统之所以能够连续切换循环工作正是基于此机理实现的。空分纯化器系统的吸附剂在吸附期间，床层温度由于吸附热通常将上升36甚至更高，床层温升与原料空气进吸附器的温度有关，进气温度越高，床层上升的温度也越高。然而解吸期间正好相反。再生加热初期，吸附器出口将出现温度急剧下降，可以降到0以下。空分设备启动时，没有可供再生用的污氮气，可用部分已被净化的空气再生。SASPG分子筛纯化系统几个常用的概念：3.1吸附温度吸附温度 吸附温度是指来自预冷系统的空气进到吸附器入口时的温度。通常在820的范围内。(如果是带冰机流程，该温度通常在59；如果是不带冰机流程，该温度通常在1220)。3.2 吸附
43、压力吸附压力 吸附压力是指纯化器正常工作时或最低的工作压力(工艺压力)。单位：巴（bar）。吸附压力越低，则吸附剂吸附容量越低，进到吸附器内空气的含水量越多，需要的再生气量增加，再生能耗增大。SASPG3.3 吸附（切换）周期吸附（切换）周期 习惯上，吸附周期指单台纯化器从吸附开始到吸附结束时所经历的时间（单位：小时）。严格地讲，应该称为半周期。因为一个完整周期应包括：吸附、泄压、加热、吹冷、充压五个步骤。吸附（半）周期=加热+吹冷+充压+泄压。3.4 二氧化碳含量二氧化碳含量 纯化系统的二氧化碳含量包括：原料空气的二氧化碳含量和纯化后空气的二氧化碳含量。以PPM（V）即体积百万分比表示。吸附
44、器进口空气的二氧化碳含量通常为350400PPM；吸附器净化后空气出口的二氧化碳含量（净化指标）小于1PPM。SASPG3.5 露点露点 露点温度（简称露点）是指空气中水气含量不变，气压一定时，通过降低气温使空气达到饱和时的温度，称为露点温度，单位为。吸附器出口空气的含水量可达到相当于常压露点70，即水蒸气含量2.58PPM（V），相当于20时每立方米空气含0.001936克的水分。3.6 再生温度再生温度 再生温度是指吸附器吸附完成，泄压之后，经蒸汽加热器或电加热器加热后的空气或污氮气体进到吸附器入口的温度。通常为：正常再生150200；高温再生(活化)250以上。SASPG4.纯化系统设备
45、纯化系统设备4.1.吸附器吸附器吸附器是该系统中的主要设备，内装吸附剂。按绝热方式分为：内绝热和外绝热按型式分类：立式吸附器、卧式吸附器和径向流吸附器按床层分类：单层床和双层床4.1.1，立式吸附器，立式吸附器 在设计吸附器时，控制一定的空塔流速非常重要，立式吸附器在工作时，气流是由下向上或由上向下，其流通截面是一个垂直于筒体轴线的圆平面，该截面的大小直接受吸附器直径的限制，当空分设备到1万m3/h等级时，其筒体直径已到4600，制造和运输都受到限制。因此，立式吸附器只能用到1万m3/h等级以下的中小型空分设备上。SASPG4.1.2.卧式吸附器卧式吸附器 卧式吸附器在工作时，气流是由下向上或
46、由上向下，其流通截面是一个平行于筒体轴线的近似矩形平面，该截面的大小受吸附器直径和长度的限制，当空分设备到5万m3/h等级时，其筒体直径已到4200mm，长度接近20m，长度太长，气流分布的均匀会受到影响，一旦气流分布不均匀，整个吸附床层很容易出现局部穿透，在吸附周期内，水分和二氧化碳将出现超标；另外，制造和运输也会受到限制。即使能使用，也很不经济。SASPG4.1.3.径向流吸附器径向流吸附器 径向流吸附器就可以避免立式和卧式的许多缺点，径向流吸附器在工作时，气流是沿径向流动的，其流通截面是一个圆轴面，对于同直径同长度的吸附器，径向流的流通截面大得多，适用范围非常大，设备的空间利用率很高，因
47、此，径向流吸附器有很多优点：（1）.占地面积小，仅为同等级卧式结构的25%；（2）.节能，可节能1520%；（3）.能防止床层流态化，能抵抗更大的气流冲击；（4）适应性大，该结构更容易调整截面积大小来满足处理空气量的变化，能满足特大型成套空分设备的配套要求。SASPG4.2.蒸汽加热器蒸汽加热器 蒸汽加热器的高温介质可以是饱和蒸汽或过饱和蒸汽。用以加热再生气（空气或污氮）。加热后的再生气温度通常为150180。一般只能满足正常再生的需要。蒸汽加热器的结构采用双管程单壳程、双管板的卧式U型管换热器。蒸汽通常走管程，再生气走壳程。但如果蒸汽加热器采用立式结构，则热流介质和冷却介质所在通道需交换，这
48、主要是因为蒸汽在冷却介质带走热量后会形成冷凝水，并确保冷凝水被带出热流通道的缘故。只有有蒸汽条件的用户才使用蒸汽加热器作为加热器。SASPG4.4.电加热器电加热器 在空分设备里面电加热器作为加热器就比蒸汽加热器用的更多，同一台电加热器即可满足正常再生又能满足高温再生，还能自动控制其出口温度，使用起来比蒸汽加热器方便。电加热器主要由管状电热元件电热管和壳体组成。电热元件是用金属管(铜、碳钢或不锈钢)作外壳，管内放置用镍铬合金或铁铬铝合金材料盘绕的螺旋状电阻丝，并在电阻丝外围充填具有良好绝缘性和导热性的结晶氧化镁(MgO)或石英砂(SiO2)制成。其元件适用的最高温度：铜管170，碳钢管400，
49、不锈钢管600，而镍基合金钢可耐850。为避免电热元件接线段的高温侵蚀以及引入接线电缆表面的过早老化，常温气体应从接线上端进，加热后的高温气体从靠近电热元件的尾端出，可以是立式，也可以是卧式。SASPG5.纯化系统常见故障及排除纯化系统常见故障及排除 纯化系统故障表现是多方面的，由于单个或多种原因造成的最终结果不外乎归结到两个方面：1、二氧化碳含量超标 2、水分含量高（常压露点高）事故分析之前，应弄清各个控制点的设计参数规定，具体的各个方面因素如下：SASPG项目序号故障现象原因分析解决措施1吸附压力偏低 a.阀门泄露b.预冷系统气源压力低 a.检查阀门b.检查预冷系统2再生气出蒸汽加热器温度
50、不够 a.蒸汽量不够b.换热管污垢阻力过大a.加大蒸汽量b.清洗换热管 3再生气含水量偏高蒸汽泄露检查检查蒸汽加热器换热管束4出电加热器温度偏低 电热管损坏 更换电热管 SASPG5纯化器出口露点偏高 再生温度不够疏水阀不自动排污提高再生温度检查疏水阀6二氧化碳含量超标 再生温度不够吹冷时间不够 吸附温度偏高二氧化碳分析仪不准分子筛性能老化提高再生温度延长吹冷时间检查预冷系统检查校对二氧化碳分析仪a.更换吸附剂；b.高温活化 c.缩短吸附周期；SASPG代 号名 称数量四川空气分离设备(集团)有限责任公司比 例重量(Kg)图样标记共 张第 张备 注单 件总 计净重 Kg序号标记处数签 名日期文
