成套空分设备纯化系统.ppt
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1、介 绍 人:莫义东,四川空分设备(集团)有限责任公司,空分纯化系统,川空集团 SASPG,分子筛纯化系统 1.空分净化设备的发展 铝带蓄冷器冻结高低压流程 (第一代空分) ; 石头蓄冷器冻结全低压流程(第二代空分); 切换式换热器冻结全低压流程(第三代空分); 常温分子筛净化全低压流程(第四代空分); 常温分子筛净化增压膨胀流程(第五代空分); 常温分子筛净化填料型上塔全精馏制氩流程(第六代空分)。 常温分子筛净化大型内压缩空分流程,川空集团 SASPG,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
2、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。,川空集团 SASPG,缺点: (1). 为了满足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
3、(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。,川空集团 SASPG,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
4、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。,川空集团 SASPG,2.原料空气净化原理 2.1.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。净除杂质的目的是:(1)防止杂质在局部地区冻结,致使设备、管路堵塞,装置不能正常运行;(2)除去危险
5、的爆炸物;(3)提高原料气的纯度;(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缺少的一个组成部分。,川空集团 SASPG,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, 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。 2、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。 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。用冷凝法可以脱除沸点
6、高的杂质,冷却温度越低,这些杂质被清除的程度就越高,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,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。 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除去杂质。,川空集团 SASPG,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。 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。 2.2除 尘 从气体与微粒
7、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。 一般直径为100m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0.lm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100m至0.lm之间,其中100m以下,10m以上的粒子易于分离,困难的是10m至0.1m,特别是5m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,也包括除尘装置的耐用年限以及保养难易等。 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表示:,川空集团 SASPG,式中:除尘效率 G1一进入除尘装置的粉尘总重量 g/h G2一除尘装置所捕集的粉尘重量
8、 g/h Ci一进入除尘装置的空气含尘浓度 g/Nm3 Co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,而采用透过率,100一() 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的 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: 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更,借尘粒本身的惯性力作用而将其分离的装置。,川空集团 SASPG,2、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、
9、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。 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。 上述几种除尘装置的主要参数如表5l所示。,表5l 各种除尘装置的主要参数,川空集团 SASPG,2.2.2空气过滤器 1、拉西环过滤器:结构图示于图5一1,在钢制壳体内插入装拉西环的盒,拉西环层的高度为6070mm,环上涂过滤油,空气通过
10、拉西环层,尘粒便粘附在层中,同时由于空气速度的降低,部分尘粒沉降在壳体内、如果入过滤器的空气中的固体尘粒含量在20mgm3以下,净化后空气中固体尘粒含量能低于 1mgm3,每20004000 m3/h空气需过滤面积为1m2。 过滤油具备下列指标,粘度在 323KW不低于 3.54.0思氏度,凝固点不高于 253K(一20) 空气速度应不超过0.30.5m/s,过滤器初始阻力为 100150Pa,当阻力达 300400Pa时,拉西环应用煤油清洗。2、链带式过滤器: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,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
11、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,例如停12分,转13秒,链带转速50mmmin。 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80 150Pa范围内,除尘效率达90以上。,川空集团 SASPG,3、干带式过滤器:结构如图5一3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6001针刺氧过滤呢,带的单元尺寸为宽1330mm。,长22m,初始阻力250Pa,最终阻力500Pa。 通过干带式过
12、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0.02mgm3。,川空集团 SASPG,1一钢制外壳;2一拉西环插入盒; 3一拉西环,川空集团 SASPG,4、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
13、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。,川空集团 SASPG,图5一5 含尘气流在垂直圆柱表面上所形成的尘粒层 a)在并
14、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,川空集团 SASPG,5、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、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
15、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。,川空集团 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
16、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
17、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。,川空集团 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
18、风量=(0.71.2)额定风量。,川空集团 SASPG,2.3.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。已被吸附的原子或分子,返回到气相中,称之为解吸或脱附。 在两相界面处,被吸附的物质称为被吸附物(吸附质),而吸附相称为吸附剂。 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
19、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;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。空气中的水分、二氧化碳等杂质含量都低于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。,川空集团 SASPG,吸附转效曲线如图1所示。,图1 吸附转效曲线,川空集团 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
20、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:是吸附剂到达转效点时的吸附值(吸附器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。,川空集团 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
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