氮氢车间培训讲义

PAGEPAGE11氮氢车间培训讲义一.工业制氮的基本方法深度冷冻法：利用空气各组份具有不同的挥发度，即在同一温度下各组份的蒸气压力不同，将液态空气进行多次部分蒸发和部分冷凝，就能达到分离的目的。当处于冷凝温度的氧、氮混合接触并穿过比它温度低的氧、氮组成的液体时，气相与液相之间进行热质交换，于是气体要部分冷凝转变成液体，并放出冷凝潜热，液体则吸收热量而部分蒸发。变压吸附法：典型举例为纯化器的工作原理。化学法：用化学的方法除去空气中的氧组份，由于空气中主要成份是氧气和氮气，剩下的便是氮组份。化肥厂的N2原料获得主要用此方法。2C+O2==2CO;C+O2==CO2其基本特点是分离空气。二.空压机型号6L-50/5.75-VZR250-7.5ZR315-7.5ZR200-7.5结构型式无油往复式无油螺杆式无油螺杆式喷油螺杆式排气量(m3/min)504351.321.7排气压力(Mpa)0.5750.750.750.75排气温度(℃)≤40电机功率(kw)250250315200冷却形式水冷1.分类：活塞式空压机：有油；无油螺杆式空压机离心式空压机螺杆式空压机分类：无油喷油（气油一起进，再分离。）从热力学的角度看，分为容积型和速度型。活塞式是标准的容积型；离心式是速度型。活塞式空压机分类：有油LW22—8无油6L-50/5.75-V型。靠环（活塞环、支承环）润滑。离心式空压机为典型的速度型压缩机，大流量：3000Nm3.h-1。但压力都很低,一般在1Mpa左右，到7.5kgf.cm-2,需要三级压缩。1Mpa=10kgf.cm-2=10bar=1000kpa=106pa2.压缩方程式T1=T0∑(r-1)/r其中r为空气绝热系数，螺杆式r=1.5~1.6,活塞式r=1.3~1.4；∑为压缩比，值为排气压力与进气压力的比值（均为绝对压力=表压+大气压）；T0进气温度。为何空压机要采用二级以上压缩？T1=T0∑(r-1)/r=（25+273）*[(7.5+1)/1](1.5-1)/1.5=596k0≈323℃>220℃323℃的排气温度使材料发生性变，考虑到聚四氟乙烯的性变温度约为220℃。所以排气温度一般均小于220℃。故分为多级压缩。L-50/5.753.6-V型活塞式压缩机参数：一级排气压力1.9~2.2kgf.cm-2二级排气压力5.75kgf.cm-2进气温度≤40℃排气温度≤165℃进水温度≤35℃排水温度≤40℃油压0.15~0.3Mpa油温≤60℃电机功率250kw电压6000v转速375rmin-1动力流程：吸风塔过滤器一级压缩一级冷却二级压缩二级冷却缓冲罐后序工段冷却水流程曲轴曲轴箱粗滤齿轮泵油泵精滤十字头滑块曲轴箱电动泵主轴承电动泵的作用：在开始启动时，齿轮泵未工作，由电动泵来泵油。启动前的准备ａ.打开冷却水保持进水压力在0.2~0.4Mpa之间，检查气缸，冷却器回水是否畅通。ｂ.手动盘车3~5转，检查各气缸之间有无异物，转动部位是否正常。ｃ.开启放空阀，各级吹除阀，使设备处于空载。ｄ启动电机油泵，使油注入运动结构各部位。ｅ根据励磁的操作方法，调节励磁与后序工序取得联系，准备开车。ｆ油压0.15~0.3Mpa，启动。启动后观察。运行中注意事项ａ注意油箱中的油位，从机身视油板观察，应在红线上。ｂ根据油压表以及轴承运转部件的油量，注意齿轮箱供油情况。ｃ油温不能超过60℃ｄ气缸温度不能超过规定温度ｅ通过电流表，电压表观察电机工作是否正常。ｆ倾听转动部件是否有异响。ｇ定时放水20分钟一次。ｈ紧急停车，要与后序工序联系。停车ａ解除负荷，切断送气阀，开放空阀。ｂ各级压力放空后，停电机。ｃ关冷却水，时间长停车时，将气缸中的水放尽。常见故障及其排除方法A声响异常：1.地脚螺栓松动2.气缸带液。气缸与缸身，气缸与机体的石棉板破损，造成循环水内漏。3.活塞与前后止点的撞击。十字头脱落，活塞杆螺丝松动均易造成,特别是维修后更易产生。4.气缸内进入异物。5.机械结构故障：如轴瓦磨损。B.压力比发生变化活塞环与环槽的轴向间隙一级0.25~0.37cm二级0.24~0.347cm活塞环开口间隙一级15~16cm二级9~10cm支承环与环槽的轴向间隙一级0.38~0.46cm二级0.6~0.79cm支承环的开口间隙一级18~19cm二级10.5~12cm一级排气压力升高。后果：一级排气活门漏气；二级进气阀漏气；二级活塞环破损。一级排气压力降低。原因：一级活塞环磨损，气缸问题。二级排气压力升高。后果：后序工况超压。二级排气压力降低。原因：二级活塞环磨损，二级排气活门内漏。排气压力发生变化,温度也会发生变化.成正比例.温度变化分原因：气阀泄漏，泠却水问题。C.油故障压降低。油泵原因，可以调节，另外，启动转换时有3~5秒的时间差,油浓度发生变化。液体的粘度随温度的升高而减小，气体的粘度随温度的升高而增大。V=N/P(运动粘度)si单位：m2/s物理单位为cm2/s沱[st]=10-4m2/s2.油压升高，可以调节。⑨关于同步电机TK250-16/1430⑩往复式压缩机的工作原理：图表示单动往复式压缩机工作过程中气体压强P和体积V的变化情况，a为活塞位于气缸最右端，气缸内气体体积最大，压强P1。当活塞向左平移时，气缸的两个阀门都是关闭的，缸内气体受压而压强增大，体积缩小，当压强增加到P2时即图b所示时，排气阀打开。从ab的过程为气体的压缩阶段，e中曲线AB表示压缩阶段气体状态的变化，在P2下排气阀打开后，活塞继续向左移动，气体从气缸内排出直到活塞移到最左端即c所示时为止。从bc的过程为气体的排出阶段。排气阶段压力维持在P2，几乎不变而体积降到最小，排气阶段的终点为c，由于机械结构原因，为防止活塞与缸盖相碰，缸内左侧活塞与气缸盖间留有一定间隙，称为余隙（或余隙容积），余隙的存在，使排气为彻底，气缸的空间不能全部有效地利用，池活塞从左端往右移动时，c处余隙所残留的变压气体便膨胀，压力从P2降到P1，如d状态,c—d为余气膨胀，活塞继续向右运行，吸气阀打开，在压力P1下吸入气体，直到活塞运动到气缸最右端的a状态为止。从d—a为吸气阶段。至此，活塞便完成一个abcd循环。压缩机的一个工作循环包括：压缩、排出、膨胀、吸气四个过程。往复式压缩机的分类：按级数分为单级、双级、多级；按气缸上活门位置分为单动、双动；按终压大小分为低压（1Mpa以下）、中压（1~10Mpa）、高压（10~100Mpa）；按生产能力分为小型（10m3.min-1）、中型（10~30m3.min-1）、大型（30m3.min-1以上）；按气体种类分为空气压缩机、氨压缩机、氢压缩机、石油压缩机等；按气缸在空间的位置分为立式（气缸垂直放置）、卧式、角式（气缸互相配置成V、W、L型）。理论排气量应等于单位时间内活塞所扫过的容积：m3.min-1实际V实=λ*V理λ为送气系数。压缩比<7时λ=0.86~0.92，小型约为0.7往复式压缩机的排气是脉冲的，因此排气口须连接贮气罐，以缓冲排气的脉冲，使气体均匀的、稳定的输出，同时可除去气体中夹带的水沫和油沫。ZR250-7.5型螺杆式空压机流程简介：a转子。两个螺旋转子〈其中一有四个凸肋。而另一个有五个凹槽〉彼此轮流啮合，前者比后者快50%，吸入空气在转子之间和转子外表之间受到压缩。1转子尾端打开进口，空气进压缩腔；2空气被引入由凸肋和凹槽;3转子旋转时，空腔越来越小，被引入的空气受到压缩；4压缩空气排出。b单向阀c齿轮箱油气分离、呼吸系统d油泵：齿轮泵e中冷、后冷、油冷f卸载阀2)参数说明最大工作压力maximumpressuxre7.5bar排气压力compressor~7.2bar空气过滤器压降dpairfilter-0.044bar油压oil>1.2bar中冷却器压力lntercoler1.9—2.6bar排气温度compressoroutlet<45℃#1主机头的排气温度element1outlet<220℃#2主机头的排气温度element2outlet<220℃#2主机头进气温度element2<70℃进水温度coolingwaterin<40℃#1主机头出口处水温coolingwaterlpout<50℃出水温度coolingwaterout<50℃油温oultempera<70℃3)几个需要说明的问题a中冷的手动排水阀不能常开：卸载时，中冷器出现负压，冷凝水有可能倒流进入转子，产生液击。b关于盘车：每天需盘车，转子间隙0.05mm蒸气生锈容易卡死。c中冷压力，温度升高：系内漏造成，方法是降低水温，水淋、风吹。d水出主机头温度问题：水路使用问题。e关于使用：见说明书f电脑控制器的结构见后图:g.调节系统：卸载运行中：如果管网耗气量低于压缩机排气量，网压将上升，当气网压力升至工作压力的上限时，电磁阀失电，电磁阀的推杆在弹簧的作用下移动，停止向卸载阀组件提供控制空气：1.卸载阀组件中阀腔内的控制气体，通过电磁阀和阀腔，向低压级主机的进气口放空。2.这时阀腔1和3之间等压，推杆在弹簧的作用下左移，关闭满载/空载转换阀，同时打开卸载阀。3.单向阀关闭，单向阀和卸载阀之间的压缩空气通过消声器放空。4.中冷却器中出现真空度，使得膜片（4）移至左面。此时，压缩机卸载运行，排气量为0%。加载运行中：当网压降至工作压力的下限时，电磁网通电，电磁阀克服弹力，打开通向卸载阀的控制空气通道，1.经电磁阀进入卸载阀阀腔的气体压力为大气压，比阀腔3中的气压高，所以满载/空载阀转换阀开始打开。2.中冷却器中压力的升高，导致膜片（4）向右移，这样，中冷却器的压力就出现在卸载阀的阀腔1中，随着阀腔1和3之间的压差增大，推杆克服弹力进一步右移，使满载/空载转换阀完全打开，而卸荷阀关闭。此时，压缩机加载运行，排气量达到100%。三.预冷机组型号型式处理空气量工作压力空气出温度UF-3200/8整体撬装式3200Nm3/h0.8Mpa~10℃一）流程介绍a.排气部分，有高压保护系统，1.8Mpa时保护启跳；进气部分，有低压保护系统，0.05Ma时保护启跳。b.制冷剂（9kg）氟里昂R22分子式：CHClF2。一氯二氟甲烷。分子量：86.48氟里昂R12分子式：CCl2F2。氟里昂R11分子式：CCl3F。氟里昂R21分子式：CHFCl2氟里昂R14分子式：CF4。。R22常温常压下其蒸发温度：-40℃，临界温度：96℃，临界压强：4964pa，临界体积：1.90l/kg,凝固点：-160℃c.R22的流程R22蒸汽经压缩机吸入后，被压缩变成高压蒸汽，经冷却器，被水冷凝成常温气态〈约35℃〉，再经过热力膨胀阀减压节流后进入蒸发器，借外界热量而蒸发，使空气得到冷却，低压蒸汽吸入压缩机。如此不断循环，产生连续性制冷效应。d.油分离器的作用:R22进、出为高管位，回油管位于底部；e.储液罐的作用：防止液击，回口高位。f.V5、V10充液阀：一般使用V10充液，V5为放气；g.400T/D冷凝器为上海特艺套管式，600T/D为防普拉法板式；关于板式换热器，效率相对比管式高80%以上。逆式顺式错式f.干燥器：分子筛.二）循环制量的控制热力膨胀阀感温包绑在R22蒸发器出口管道上，由于蒸发器热负荷与R22循环量之间的相互影响，使排出蒸发器的R22温度发生变化，从而引起感温包内R22液体压力发生变化，来自动调节膨胀阀的开度，从而改变制冷量。三).SV3与TIS203调节R22的环流量来改变空气出预冷机温度。当TIS203温度低时SV3开启，经过热力膨胀阀的低温液体与直接从SV3来的高压蒸气汇合，R22的冷量降低，TIS203温度相对升高。SV3动作时，吸气与排压变低较为明显，表现为排压上升。该阀门动作是较为频繁的，采用丹佛斯的产品Denfoss。四）SV1与压缩机联动。同开同关，可使压缩机停止工作时，避免大量R22液体流入蒸发器。从而避免再次启动时，大量R22液体进入压缩机，造成液击。如何防止液击？许多办法:①SV1；②储液罐。比较多地采用吸排的氟氟换热，能量回收工艺合理。五).高低压联锁：PSH、PSL压缩机排气压力高于1.8Mpa;压缩机吸气压力低于0.2Mpa时，压缩机便联锁。需复位后方能工作。六).出液阀的开度：一般为全开。七）参数说明氟里昂出冷凝器温度，20~40℃，该温度随气温，水温变化而变化。直接反映冷凝器的工况，冷凝器的故障也能直接反映蒸发器的工况。氟里昂出蒸发器温度>5℃该温度直接反映蒸发器的工况。但R22出蒸发器后直接被压缩机吸入，所以该温度不能过低，可通过吸气压力来控制。润滑油各项指标：型号：B5.2冷冻油机，油压：>5bar油位：3/4以上。八）压缩机的过热保护模块机身温度过高时起跳(110℃)；只有机身温度降至60℃以下方能再次启动工作。*每小时启动不超过3次。九）不能有水的原因2H2O+2CHClF2===2HCl+4HF+CO2其中HCl、HF是酸，会腐蚀绝缘层。十）R22状态下的饱和温度：压力atm温度℃压力atm温度℃压力atm温度℃压力atm温度℃-1-100561130.52053.50-406111233.52563.51-2571513363071.52-158201439P 非线性V3-7923.51541.54010271644.5四.纯化系统 型号处理空气量工作压力空气进、出温度切换周期纯化纯度分子筛填装量HXK-3200/83200m3/h<0.8Mpa~8℃~15℃8h[co2]≤1ppmD.P<-60℃~1564kg露点（D.P）：在一定温度下空气的最大含水量所对应的水蒸汽分压力称为饱和蒸气压，水蒸气分压力所对应的饱和温度称为露点。流程介绍空气进入分子筛，由下而上通过分子筛床层，由于分子筛的吸附特性，将压缩空气中的水份、CO2、CH化合物吸附掉，分子筛使用一定周期后需加温再生，在再生阶段经电加热升温后的污氮气反向加温再生，将吸附的H2O、CO2、CH化合物等杂质带出分子筛纯化器，然后再被常温的干燥的污氮吹到常温，两只吸附筒轮流使用一只再生，一只工作。几点说明：a.电加热。单根6kw.b.分子筛：13XAGP4×8目。5A碱性。600T/D：分子筛1224kg400T/D：1090kg图3-1纯化工艺流程图2.吸附的基本理论①．吸附：某种物质的分子在一种多孔固体表面浓聚现象称之为“吸附”。被吸附的物质叫“吸附质”。而具有多孔表面的吸附相称作“吸附剂”。依据吸附质与吸附剂之间吸附力的不同，可分为物理吸附和化学吸附。物理吸附的吸附力为分子间作用力也称范德华吸附。净化空气属物理吸附。而化学吸附则是由化学键的作用而起的。对吸附而言，固体表面上有未饱和表面力，为使表面力作用于加强，活性显著，吸附剂应该是颗粒状的多孔物质。吸附使表面饱和，表面能力降低，因而吸附过程放热，所放出热量称之为“吸附热”。不管吸附力的性质如何，在吸附质与吸附剂充分接触后，终将达到平静，被吸附量达到最大值即饱和，所谓动态平衡是指吸附和解吸的分子数相等，处于平衡状态，同时吸附剂失去吸附能力。吸附和解吸事实上是同时进行的，只不过饱和前吸附的量大于解吸的量，可见，吸附与解吸是对立而统一的，在一定条件下可以相互转化，掌握这个转化的条件可以设法使吸附质从吸附剂表面解脱出来，达到吸附剂再生的目的。当吸附达到饱和时，使吸附质从吸附剂表面脱离，从而恢复吸附剂的使用能力的过程谓之解吸（或再生）。与吸附相反，解吸需要吸热称为“脱附热”。“脱附热”与“吸附热”相等。如硅胶对水分的吸附热为3260.4kj/kg.②吸附剂：作为吸附剂应该是多孔固体颗粒，它具有巨大的表面积。例如，细孔硅胶颗粒内布满直径为25~40A（1A=10-8cm）的微孔，每g硅胶的表面积达400-600m2/g硅胶，每克分子筛的表面积高达800-1000m2/g分子筛。吸附剂吸附能力要强，也就是吸附容量大。吸附容量是指每kg吸附剂被吸物质的量。吸附剂应具备选择性吸附物性。才能应用它进行净化或分离。此外，吸附剂应该有一定的机械强度和化学稳定性。容易解吸（或再生），而且易获得价格低廉。空气分离常用的吸附剂有硅胶，铝胶，分子筛。1）。硅胶。硅胶的分子式为SiO2.nH2O,是一种坚硬无定形链状和网状结构的硅酸聚合物颗粒。为一种亲水性的极性吸附剂。能吸附大量的水，当硅胶吸附气体中的水分时，可达其自身重量的50%，而在相对湿度60%的空气流中，吸湿量也可达到其重量的24%。吸水后吸附热很大，可使硅胶温升到100℃，并使硅胶破碎。硅胶分为细孔硅胶和粗孔硅胶。2）。活性氧化铝。它是氧化铝的水化物（Al2O3.nH2O）。活性氧化铝与硅胶不同，不仅含有无定形硅胶，还含有氢氧化物形成的钢性骨架结构，因而很稳定，它是无毒的坚实颗粒，浸入水中也不会软化，溶胀或崩裂，耐磨抗冲击。3）。分子筛。制氧机应用的分子筛为沸石分子筛，它是结晶的硅、铝酸盐多水化合物。化学通式为：Mex/n[(AlO2)X(SiO2)Y].mH2O式中：Me阳离子；n原子价；m结晶水的摩尔系数；x、y化学反应式原子配平分了筛具有均匀的孔径，如3A、4A、5A、9A、10A细孔，对分子筛具有筛分作用，故得名。上述三种吸附剂的物理性能列于下表中：性能球形硅胶活性氧化铝沸石分子筛细孔粗孔5A13X体积质量/（kg.m-3）670450750~850500~800500~800空隙率/%435044~504750粒度/mm2.5~74~83~63~53~5比表面积/(m2.g-1)500~600100~300300750~800800~1000热导率/W.(m.k)-10.1980.1980.130.5890.589质量热容/kj.(kg.k)-1110.8790.8790.879再生温度/k453~473453~473533423~573423~573机械强度/%94~9880~9595>90>90分子筛目前主要有A型、X型和Y型三个类型。而每一类型分子筛按其阳离子为同，其孔径和性质也有所不同，常用的分子筛的型号的孔径列举如下：钾A(3A)型分子筛：孔径约3.2A。钠A型(4A)分子筛：孔径约4.8A。钙A型(5A)分子筛：孔径约5.5A。钙X型(10X)分子筛：孔径约9A。钠X型(13X)分子筛：孔径约10A。钙Y型和钠Y型分子筛：孔径约9~10A.外型有条型和球形。尺寸为ф2~6。分子筛的吸附特点：a选择吸附。根据分子大小不同的选择吸附：各种类型分子筛只能吸附小于其孔径的分子。根据分子极性不同的选择吸附：对于大小相类似分子，极性愈大则愈易被分子筛吸附。根据分子不饱和性不同的选择吸附：分子筛吸附不饱和物质的量比饱和物质为大，不饱和性愈大吸附得愈多。根据分子沸点不同的选择吸附：沸点愈低，越不易被吸附。b干燥度很高。分子筛比其他吸附剂（硅胶、铝胶）可获得露点更低的干燥空气，通常可干燥到-70℃以下。因此，分子筛也是极好的干燥剂。既便气体中的水蒸汽含量较低，分子筛也具有较强的吸附力。如图3-2示：分子筛对高温、高速气体，也具有良好的干燥能力. 454444c有其吸附能力。分子筛在吸附水的同时，还能吸附乙炔二氧化碳等其它气体。水分首先被吸附。吸附顺序是H2O>C2H2>CO2，对于碳氢化合物吸附顺序为C4+>C3H6>C2H2>（C2H4。C2O.C3H6）>C2H6>CH4。d分子筛具有高的稳定性。在温度高达700℃时，仍具有不熔性图3-2几种吸附剂的平衡吸附容量的热稳定性，除了酸与强碱外，对有机溶剂具有强的抵抗力。遇水不会潮解。e有简单的加热可使其再生。一般再生温度为200~320℃，脱除H2O需300℃，脱除CO2需150℃，脱除NH3需270℃，再生温度愈高再生越完善。吸附器工作性能愈好，但分子筛寿命会缩短，再生次数的增加，吸附容量要降低，例如，经200次再生后的分子筛，其吸附容量下降30%，但此后一直可保持到再生2000次。分子筛在分离与净化气体方面有很大的应用价值，不但能高效地进行净化和分离，同时也能将吸附物质回收，得到高纯度的气体，近年来分子筛在空分装置上得到了广泛地应用。3.吸附机理吸附质的扩散；吸附的发生，可分为两个阶段，第一阶段为外扩散，即吸附质气体主流通过吸附剂颗粒周围的气膜到颗粒表面，而后发生吸附，称为外表面吸附。第二阶段为内扩散，即吸附质分子从颗粒外表面未被吸附而进入颗粒内部，被内表面吸附。而内扩散还分为表面扩散和孔扩散。表面扩散是吸附质分子沿着孔壁向深处扩散；孔扩散是分子向其它孔中扩散。吸附质分子扩散的示意图见图3-3。分子吸附过程按顺①--外扩散；②--外表面吸序进行，先外扩散再内扩散而后吸附，脱附（再生）时逆向进行，吸附是一个传质附；③--表面扩散；④--过程，传质能力的大小与扩散系数高、低密切相关。孔扩散；⑤--表面吸附。吸附平衡与静吸附容量图3-3气相分子在吸附层吸附现象的产生是由于吸附质分子扩散到吸附剂的表面，在表面力的作用下而扩散示意图在表面上积聚。但吸附质的分子因其本身的热运动以及气体分子的碰撞可能又脱离了固体表面返回气体之中。吸附发生的初期被吸附的分子数较多，随着吸附时间的延续逐渐增加，到某一时刻时，被子吸附的分子数不再增加，也就是吸附表面被覆盖，吸附剂丧失了吸附能力。可称为吸附达到饱和或吸附平衡。所谓平衡，只是宏观上失去了吸附作用，其实是动态平衡，微观上吸附仍在进行，只是被吸附的分子数与脱附的分子数相等而已。此时的吸附剂所吸附的吸附质的量为静吸附容量。在吸附剂及吸附质一定的情况下，静吸附容量与温度、压力或浓度有关。温度降低静吸附容量增加；压力升高静吸附容量。表示静吸附容量通常用吸附等到温线及吸附等压线表示。图3-2就是硅胶、活性氧化铝及5A分子筛在20℃时对水分吸附的等温线。吸附过程与动吸附容量在固定床吸附器中，气体（或液体）通过吸附剂层时，不是所有吸附剂同时发生吸附作用而是首先在气体进口处一薄层内发生吸附作用，这一薄层叫做吸附带或传质区。随着吸附时间性的推移，吸附带向出口方向移动，一旦吸附带的前沿达到了吸附器的出口，流出的气体中的吸附质含量将迅速增加，很快就与气体的初始浓度相同，这一点就是“转效点”由图3-4中的E点表示。相应从吸附开始直至转效点的时间为吸附器的工作时间或转效时间。在转效时间内吸附剂对吸附质的平均吸附量为吸附容量。吸附剂的吸附能力可以由静吸附容量和动吸附容量来表示。静吸附容量实质是在吸附达到平衡时的最大吸附量。而动吸附容量则与吸附带长度及移动速度有关。显而易见它受气流速度的直接影响。换言之，气体的流动不可能有足够长的时间使吸附剂所有表面都达到吸附平衡，也就是动吸附容量永远小于静吸附容量。通常为静吸附容量的40%~60%。静吸附容量一般用来表示吸附剂的性能。设计吸附器时，当然要以动吸附容量为依据。操作中，掌握转效时间是很重要的，它意味E着吸附剂的失效，即吸附器的最长工作时间。影响动吸附容量的因素： 图3-4吸附过程1）温度：正如前述静吸附容量随温度的升高而降低，所以动吸附容量也同样随温度的升高而下降，这是因为，吸附是放热过程，温度升高吸附质的分子热运动加强，从吸附表面脱离返回气体中的分子数增加之结果。2）压力：压力高其吸附质的分压力也高即浓度提高，单位时间内碰撞吸附剂表面的分子数量增多。因此被吸附的几率增加。3）气体流速：流速快，则在吸附剂表面停留的时间短，会有大量的吸附质分子通过吸附层，危害下工序；流速慢，则在吸附剂表面停留的时间长，使得底层吸附剂先饱和，造成底层吸附剂的工作周期下降。从吸附机理来看，流体的极限流速是吸附速率，也可以说，最短停留时间应该是吸附时间，所谓吸附速率是完成外扩散、内扩散及吸附的全过程的速度，而已达表面发生吸附阶段只在瞬间完成，假若流体流速高于吸附速率，即停留时间短于吸附时间，吸附就不会发生，其吸附容量为零，只有在流体流速小于吸附速率的前提下，才具有流速越低吸附容量越大的规律，如图3-5示，吸附容量与停留时间为非线性的关系。吸附时间延长到某一数值后，随流速降低，吸附容量的值甚小，加之为了增加单位时间的处理量，流体的流速有最适宜值。 图3-5吸附容量与停留时间关系吸附所采用的流速常为空塔流速，即不装填吸附剂简单截面流速，例：硅胶干燥剂的空塔流速排气值为0.2~1.0L/cm2.min。4）再生完全程度：吸附剂的解吸（或再生）越彻底，吸附过程中的吸附容量就越大，解吸是吸附的反过程，所谓解吸，即采用一定的方法将积聚在吸附剂表面的吸附质分子赶走，恢复吸附剂的吸附能力的过程，当再生温度高，压力低以及解吸气体中吸附质的含量越小，吸附剂再生越完善。吸附剂经过多次反复在再生，吸附容量会有所减小，吸附性能有一定衰减，这是由于吸附剂表面被碳、聚合物等所覆盖，或者吸附剂微孔结构个别地方被破坏。再生:即为解吸附过程.即采用一定的方法将积聚在吸附剂表面的吸附质分子赶走,恢复吸附能力的过程。衰化：吸附剂经长时间、多次重复使用，其吸附能力会逐渐下降，这是因为碳积聚在吸附剂表面，堵塞筛孔和吸附剂的筛孔结构破坏的结果。5)吸附床层高度。在吸附剂的量一定的情况下，吸附器的高度有一最小值，这最低床层高度就是吸附带长度，当吸附床高度低于吸附带长度时，吸附器刚一使用，就发生转效，吸附剂的吸附容量是很小，为零，如果吸附器的截面缩小，高度增加，这对提高吸附容量是有利的，但是随之气体流速增加，阻力增大，吸附壁效应影响大，一旦流速过快，气体的停留时间小于吸附时间吸附容量会下降为零。中压流程：高位比h/d=3~5。全低压流程不合适，我国大约为3.2/1.2。4．再生温度的选择。分子筛能否彻底再生；加热设备所能达到的温度；分子筛化学成份不能改变。5．纯化器的自动实现。a.控制进口温度，加垫器材料；b.出口温度的控制。100℃110℃c.流量最小化控制。500Nm3.h-1d.自动切换。6.注意事项：均压阀的使用与磁球的使用；卸压阀的使用。五.精馏系统型号加工气量产品量膨胀机位置气压纯度FN-800/40Y2300Nm3/h800Nm3/h40L/h返流P轴≥0.4Mpa[o]<3ppm[co2]<1ppmFN-800/40Y2000Nm3/h800Nm3/h40L/h正流P轴≥0.5Mpa[o]<3ppmD.P<-60℃FN-1000/40Y2400Nm3/h1000Nm3/h40L/h正流P轴≥0.5Mpa[o]<3ppmD.P<-60℃1．N2的性质a.物理性质：无色无味，空气常温常压下平均分子量；29，p：1.25kg/l,T：0℃，P：101kpap:1.293kg.m-31atm–195.8℃液化成无色无味液体，p：0.81g/l.T：-210℃.固化。5atm-173℃左右被液化。b.化学性质：性质稳定，显化学惰性。，〈常T、P〉。N2+Sn N2+玻璃 苛刻条件下可以氧化，又易分解。空气组成：21%O2；78%N2；0.93%Ar；0.03%CO2；0.01~0.1ppmCH；0.5ppmH2。热力学基本知识a.热力学第一定律：一定量的热消失时，必定产生一定量的功，消耗一定量的功，必定出现与之对应的一定量的热。b.热力学第二定律：热不可能自发的、不付代价地从一个低温物体传给一个高温物体；〈克劳修斯〉只冷却一个热源而举起载荷的永动机是不可能造成的。〈浦朗克〉c.热力学第三定律：在绝对零度时，任何物质的完整晶体的熵等于零。功=力×距离，压缩气体推动活塞做功ΔW=P.SΔr=P.ΔVc.气体状态方程：PV=nRT精馏的基本概念与理论空气的精馏是利用组成空气的各种组份具有不同的挥发度即在同一温度下各组份的蒸发压力不同，将液态空气进行多次部分蒸发、部分冷凝，就能达到分离的目的，当处于冷凝温度的氧、氮混合气接触并穿过比它温度低的氧、氮组成的液体时，气相与液相之间同时进行了热质交换，于是气体要部分冷凝转变成液体并放出冷凝潜热，液体则吸收热量而部分蒸发，在精馏塔中该过程是在筛板上完成的，由于氧、氮组份的沸点不同。氮比氧易蒸发，氧比氮易冷凝，当气体自下而上地逐块塔板内通过时，浓度不断增加，只要有足够多的塔板数，在塔顶即可获得高浓度的氮气，反之，当液体自上而下地逐块塔板内通过时，氧浓亦不断增加，这样塔底即可获得富氧液空。上升气流和下降液体在塔板上的热质交换进程可从上图中理解，进入某一块板上的上升气体A点温度T2比在相同成份的液体的B点温度T1高，随后的平衡将发生在T1和T2之间垂直线上的A点T3，但在T3温度下，只有具有比B点浓度更高的液体E点和比A点浓度更低的气体D点才能平衡，这样，氧组份在下流液体中聚集，而氮组份在上升气体中富集，通过足够多塔板的分离，最后可得液体为纯氧，气体为纯氮。流程介绍a返流：空气经净化、压缩、预冷与纯化后，其中大部分空气进入冷箱，在主换热器中与返流的富氧气，产品氮气换热，被冷却到液化温度，并少量空气液化后进入精馏塔底部进行分离，在精馏塔顶部得到纯氮气，精馏塔底部得到富氧液空，一部分富氧液空自精馏塔底抽出后经节流阀进入冷凝蒸发器，与冷凝蒸发器通道中纯氮气进行交换，由于氮气与富氧液空的压力不同，饱和温度也不同，因而使富氧液空气化而纯氮则被冷凝成液氮，液氮中的一部分作为下塔的回流液，另一部分液氮则经V505进入液氮储罐，作为产品输出，从塔顶抽出的纯氮气一部分进入蒸发器单元，另一部分纯氮气及冷凝蒸发器顶部抽出的富氧气（该气体进入主热下变热升温，然后进入透平膨胀机膨胀，再逆至主热上）作为返流气体，通过主热回收冷量，复热到常温后逆出冷箱。b正流:空气经净化、压缩、预冷与纯化后，其中大部分空气进入冷箱，在主换热器中与返流的富氧气、产品氮气换热，被冷却到液化温度，从这里空气分成两股，一股从主换热器中部抽出进入透平膨胀机进行膨胀，至下塔压力，然后进入精馏塔的底部作为上升气流进行分离，另一股空气进入再沸器，液化后通过节流阀V501，送入精馏塔参加精馏。要精馏塔顶部得到纯氮气，精馏塔底部得到富氧液空，一部分富氧液空自精馏塔底部抽出后送至过冷器过冷，然后经节流阀进入泠凝蒸发器，与冷凝蒸发器通道中纯氮气进行热交换。由于氮气与富氧液空的压力不同，饱和温度也不同，因而使富氧液空气化，而纯氮气则被冷凝成液氮，液氮作为下塔的回流液。从塔顶抽出的纯氮气一部分进入冷凝蒸发器单元，另一部分纯氮气及冷凝蒸发器顶部抽出富氧气，作为返流气体。通过过冷器、主换热器、回收冷量，复热到常温后送出冷箱。透平膨胀机共二台（一用一备），起动阶段，两台透平膨胀机一起投入运转，以增大制冷量，缩短起动时间，正常运转时，只要一台投入即可，膨胀机的作功由与透平膨胀机同轴异端匹配的风机端回收。出冷箱后纯氮即可作为产品输送生产基地，富氧气体中一部分送往纯化器作为再生气，一部分作为空气装置的密封气充入冷箱，使冷箱内保持一定的正压，以免外界大气侵入冷箱，造成保温材料受潮。流程：原料空气：主热（上下）液化器分馏塔富氧空气：塔底HC501冷凝蒸发器液化器膨胀机液化器主热纯化HC502放空氮气：HC504回流塔顶冷凝蒸发器回流罐V505中间计量罐HC503液氮储罐液化器主热上网去锡槽几个重要参数的说明：a.塔底液空液位：500~900mm。衡量全塔冷量的重要标志，太低冷亏，太高易淹塔，受HC501影响。b.冷凝蒸发器液位：250~1000mm。属HC501控制，影响回流及膨胀机。太低少回流，太高有带液危险。采用干式蒸发，稳定性不强，尤其在暂停的时候，但积液快。c.膨胀机的进、排气温度：进-151℃。受主冷影响；排-178℃，受转速影响。d.空气进塔温度：-169℃，空气的液化温度。主热工况标志，〈环流量状况〉e.主冷压力：这个压力是富氧侧的压力。<224kpa这是全塔低压端，不能高。f.膨胀比：224kpa/12kpa转速<2.5万。6.基本调节与启动1）HC501与HC502协作调节液面，冷量与转速：HC501开大，塔底液面下降，主冷液面上升，系统压力下降，转速上升；HC502开大，转速升，产要控制冷量，而转速不会对其参数有直接影响。2）液氮的抽取：开转速，降产量，开V505，注意变化，液面变化与阻力变化。3）启动操作返流塔的特点：a.能耗略高于正流，0.36kw.h-1/NN2。正流0.24低压分离所需能低。b.启动快，主要原因是主冷需用干式蒸发，但冷亏后受转速与膨胀量的的原因，补冷很慢。c.出塔压力高：d.相对来讲调节少，稳定。e.液氮抽取采用回流设计，好操作，易抽取。f.主热下，多通道问题。7.精馏塔介绍分类：板式塔气液传质设备，生产能力较大或采用大塔径塔时用板式塔，反之用填料塔。填料塔（精馏和吸收）吸收（纯化器）典型的填料塔。塔板是板式塔的核心部件，它决定着塔的基本性能，由一块一块塔板，按一定的间距安装在一个圆柱形的壳体内就构成板式塔，操作时，气体自下而上通过塔板上的开孔部分与从上一块塔板流入的液体在塔板上接触进行传质。为了有效地实现气、液两相之间的物质传递，塔板必须具有以下两个作用：a.每块塔板上的气、液两相必须保持充分的接触，为传质过程提供足够大的、不断更新的传质表面，减小传质阻力；b.在塔内应尽量使气、液两相呈逆流流动。以提供最大的传质推动力。单元操作中常用的四个基本概念：1）物料衡算：ΣH1-ΣH0=Ma.ΣH1,ΣH0分别为输入、输出体系的物量总和，Ma为体系内累积的物料量，适用于任何定的空间范围，并适用于过程所涉及的全部范围，无化学变化时混合物中任一组份都符合，有化学变化时，其中各元素仍符合，既适用于连续过程，也适用于问题过程。2）能量衡算：ΣH1=ΣH0+Q,ΣH1，ΣH0分别为单位时间内输入、输出体系的各股物料的总焓值，Q为单位时间内体系与环境交换的总热量。3）平衡关系：任何传递过程都有一个板限，当传递达到极限时，其过程进行的推动力为0。此时净的传递速率为0。即称为平衡，如：热量传递过程中，当冷、热两种流体间的温差为0时，即达到热平衡，物质在相同的转移也是有限度的，当达到极限时，浓度差（气相或液相的实际浓度与相平衡浓度的差值）为0。称为达到相平衡，此时表明物系已达到理想的最大分离程度。4）过程速率；单位时间内所传递的物质的量或能量，任何过程的速率与该过程的推动力成正比，而与其阻力成反比，过程速率=过程推动力/过程阻力。各过程的推动力的性质取决于过程的机理。如，流体流动的推动力是能位差，但热过程的推动力是温度差。传质过程的推动力是浓度差等，各过程的阻力之构成也与其过程机理有关。如：流体流动过程磨擦阻力，传热过程中的热阻传质过程的扩散阻力等都有其各自机理。在工业上最早使用板式塔是泡罩塔（1813年）筛板塔（1832年）20世纪50年代出现钉型塔。S型塔板、浮阀、多降液管塔、舌型塔板、喷射塔。堰口泡罩塔：泡罩，返盖式。气体阻力大，少用；溢流堰降液管浮阀塔：浮阀，生产能力大，多见； 泡罩浮阀筛板塔：筛板，从前由于不好控制，未多使用，20世纪50年代逐步使用；塔板上开有大均匀分布的小孔（筛孔），孔径3~8mm。现已有大孔径的筛板。筛孔在塔板上作正三角形排列，孔心距与孔径之比常在2.5~4.0范围内，间距1~5mm，筛板上的筛层厚度10~15mm，板间距为20~30mm。气体通过筛孔上升，而液体通过降液管下流，在塔板鼓泡换热。降液管的作用：1）液封：2）筛板上有足够的液层。在任一块塔板上，液态氮与上升蒸汽发生鼓泡换热时，由于沸点低蒸发，只要向上有足够多气态氧与下降的液体发生鼓泡换热时，由于沸点高而被冷凝。在分馏塔顶部可得到高纯气氮气（精馏段），如有提馏段，便可获得高纯度的氧气。N2沸点：-196℃O2沸点：-182.5℃由此可见：1）分馏塔顶部温度低，而底部温度高，只要有足够的温差，就有足够大的推动力；2）每块塔板上的氮、氧成份都是不一样的，由下至上氮的浓度不断增加，由上至下氧的浓度不断增加，但总的看是相等到的。3）每块塔板上的物质的量是相等的，遵守物料平衡；4）塔板上每个都是相同的状态，不管在哪个位置上，只是浓度不一样。筛板上的气液结构：雾沫层泡沫层鼓泡层。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。鼓泡：换热的一种方式，效率高，但不常有。另外常见的换热方式：对流、辅射、传导。说明以下几点：1）塔板上的液层高度是一定的，靠堰口维持；2）液层的分布只是气液成份不一样；3）板与板上的成份分布都是一样的，但是浓度有差异；4）液层的成份分布与上升气压和降液下流的液体有关。可做以下分析：1）气压不够时，容易产生漏液现象；2）气压太高时，容易产生液悬；3）过高时，液泛，从筛孔上升；4）启动过程的复杂性。全塔；理论塔板；25块左右，实际：70左右。以前通过计算，很复杂的过程，现在常用经验。全塔压力分析：塔阻：精馏塔内当上升蒸汽穿过塔板上的液层时，存在着的流动阻力，该阻力分为三部分组成：1）气体穿过干塔板的阻力；2）塔板上的液层所产生的静压力；3）由于气体穿过液体表面鼓泡层克服表面张力所产生的阻力。由于阻力使得塔的顶部和底部之间产生压差。顶部压力低，底部压力高，返流约为20~26kpa,正流约为11~13kpa,有足够的压差，就有足够的推动力。在正常情况下精馏塔阻力是个极其稳定的数值，但在塔板堵塞或回流液剧增或发生液泛时，阻力会不正常扩大。塔阻力是衡量全塔的最重要的参数，阻力不正常，塔况肯定不正常。8.分馏塔的热启动：（即暂停后的恢复）1）气速低，液体经部分筛孔淋下，气体冷却从筛孔上升，无液层，无热交换，2）气速增大，筛板上产生的压力降增大，液体通过筛孔下流受到较大阻力，形成液层，（拦液点）其特点：液体通过部分筛孔流下；3）气体流速继续增大，液层增厚，并超过堰口高度，气体以鼓泡形式通过液层，部分液体通过降液管下流，但仍有部分液体从筛孔下漏，只是漏液逐渐减少；当气流增加到某值时，筛孔全部被气体吹开，此时从筛孔漏液停止，液体从降液管下流，这一点称漏液点。其特点：①液体全部从降液管下流；②气体以鼓泡形式上塔板，但并不剧烈；在漏液点后，气体继续增加。筛板上的液层出现鼓泡层、泡沫层、雾沫层。气相，液相充分换热。这一点称为精馏点。此后工况开始好转；继续提高气速，泡沫、雾沫形成加剧，以致气速达到一值时，雾沫夹带严重，相当于液体经气相倒流至上塔板。（液泛点）此时工况被破坏。其特点：①液体通过降液管的流速下降；②液体通过筛孔上升到上层筛板；③泡沫层、雾沫层、鼓泡层同时上升，使得鼓泡层脱离筛板。9．回流比的调整加流比（R）=回流液/上升蒸气>1时，工况会更好。21%[O]10．为什么V508节流后从第7块塔板进料？（维持平衡节约能量）第7块塔板经V508节流进入塔下部第七块塔板上参加回流，增大塔内精馏塔潜能，而且还符合精馏塔的能量平衡原理，因为在塔底部[O]：31%，而第7块塔 31%[O]板处[O]21%，与空气含氧量相等。12．膨胀机简介：分类：a.气体在喷嘴内全部膨胀到工作轮出口压力，而在工作轮叶道中不再膨胀，这种膨胀机习惯上称为冲动式。在冲动式透平膨胀机中，气体能量转换全部发生在导流器喷嘴中，作用在工作轮叶片上的力只是冲击力。b.气体在透平膨胀机内的能量转换，分别在导流器和工作轮叶道中进行，即气体在喷嘴中部分膨胀，而后在工作轮叶道中再继续膨胀，直到透平背压，这种透平膨胀机称为反动式透平膨胀机。技术规范：PLPK-25×2/6.7×2.4(600T/D)[PLPK-25/27×0.25(400T/D)]膨胀量：1500Nm3/h介质：空气机前压力：0.67Mpa机后压力：0.24Mpa膨胀前温度：118k(-155℃)绝热效率：≥75%功率：7.8kw轴承气压力：≧0.5Mpa密封气：0.3Mpa气量：~15Nm3.h-1过滤镍片：120目镍片。 制动方式：风机制动透平式膨胀机的作用：透平气体工质在机内膨胀产生冷量以启动空分设备及补偿空分设备的冷损失，使之维持空分设备的热量平衡。定位销后轴承位转轴前轴承位增压机螺母 伞形螺母（2Cr13）Cr13)风机轮φ94LD5工作轮φ70LD5 343.5mm结构：蜗壳：把气体均匀分配给喷嘴；铸铜材料导流器：使气体在叶片后部出口处膨胀获得动能；2Cr13工作轮：使气体进一步膨胀，并将气体能量转为输出能，经转轴传给风机接收；采用半开式轴流向心反动式叶轮。L05镀铝。风机轮：消耗经转轴传过来的能量；采用半开式径向直叶片叶轮。L125转轴：连接工作轮与风机轮；扩压管：将动能转为压力能；气体工质依次流经主要元件：蜗壳导流器工作轮扩压管排气管从以上结构可作以下分析：膨胀机的装配是非常精细的；启动、停车时要慢；如有异常情况立即停车，防止膨胀机带液。未来的膨胀机的走势：可调式。13．常见故障及分析a.冷亏：高压上升，液面下降，阻力下降。b.淹塔：下塔液面高于空气进口管口。c.液泛：由于是升蒸气速度过大或液体负荷过大，会造成流动阻力增加，此时上升蒸汽阻止了液体沿塔板降液管下流，使液体在塔板集聚和悬浮，甚至下层塔板上的液体会涌到上一层塔板上去，或者上一层塔板上的液体由于集聚过多而倾泻下来。这种现象称为“液泛”。14．空气的液化循环一次节流液化。（林德循环）经过多次节流，回收等温节流制冷量预冷加工空气。使节流前的温度逐步降低，其制冷量也逐渐增加，直至逼近液化温度产生液空。b.克劳修斯循环。空气（T1、、P1）被压缩机等温压缩（T2、P2）。经换热器II冷却后分为两部分，Mkg进入换热器II、III继续被冷却，再由节流阀节流至大气压，这时Zkg气体变为液体，（M-Z）kg的气体成为饱和蒸气返回，当加工空气为1kg时，另一部分(1-M)kg气体，进入膨胀机膨胀至点4，膨胀后的气体在换热器III热端与节流后返回的饱和空气相汇合，返回换热器II预冷却Mkg压力为P2的高压空气，再逆向流过换热器II，冷却等温压缩后的正流高压空气。c.卡皮查循环(透平机问世)空气在透平式压缩机中被压缩至约0.6Mpa,经换热器I冷却后,分成两部分,绝大部分进透平膨胀,膨胀至大气压,这部分为Gkg.然后进入冷凝器III,将其冷量传递给未进膨胀机的另一部分空气,这部分数量较小,数量为(1-G)kg,它在冷凝器的管间,被从膨胀机出来的冷气冷却,在0.6Mpa的压力下冷凝成液体,而后节流到大气压.节流后小部分气化变成饱和蒸气,与来自膨胀机的冷气汇合,通过冷凝器管逆流,流经换热器I冷却等温压缩后的加工空气,而液体留在冷凝器的底部. 空压机 空压机 II 热 交 换逆流换热器 器 III 液氮罐 膨胀机 4 节流阀气液分离器 林德循环克劳修斯循环卡皮查循环15.主冷与主热冷凝蒸发器:(分干式和湿式)湿式蒸发内筒中液体多,暂停后易恢复可是启动慢,但可通过改进膨胀机得以解决.主热与换热 热端上-152℃冷端 co2在5kff.cm-2时约-137℃固化成干冰. -168℃400T/D600T/D16．