请选择 进入手机版 | 继续访问电脑版

空分之家

 找回密码
加入空分之家

QQ登录

只需一步,快速开始

微信登录

微信扫码,快速开始

查看: 1443|回复: 2

[培训资料] 空分笔记----空分原理

[复制链接]
发表于 2023-1-28 21:15:59 | 显示全部楼层 |阅读模式

马上注册,学习空分知识,结交更多空分大神!

您需要 登录 才可以下载或查看,没有帐号?加入空分之家

x
第一节 绪论
一、 空气分离的几种方法:
1、 低温法:空气→压缩→膨胀降温→液化,然后再利用氧气氮气沸点不
同,在精馏塔内用精馏的方法来实现空气的分离。
深冷(液化在下塔完成)↔精馏(在上塔完成)
优点:产量大、效率高、分离效果好、纯度高
缺点:能耗高、投资大、占地面积大
可以实现全精馏(全提取),成熟于 1932 年,大规模在 50 年代以后。
2、 吸附法:依靠固体吸附剂对气体混合物中各组分吸附能力的差异而进
行的。
a、 变压吸附制氮,PU-8 型沸石分子筛。
b、 变压吸附制氧,碳沸石分子筛(对氧亲和力特别大)
优点:投资省、方便、占地面积小、易损件少、能耗低
缺点:产量小,纯度不高、对阀门寿命有很高的要求。
3、 膜分离法:利用有机聚合膜的渗透选择性,从流体混合物中,使特定
组分分离的方法。
4、 化学法:压缩空气与碱性熔盐进行高温可逆反应,得到氧气
污染大,产量小,纯度不高,不方便(现已基本淘汰)
二、 学习的基本内容:
1、 低温技术的热力学基础,一、二定律。
第一定律:能量守恒及转换
第二定律:热力学反应,过程的方向,能量的质性。
2、 获得低温的方法:
a、 相变制冷 b、绝热节流 c、等熵膨胀
3、 溶液热力学基础,拉乌尔定律、康诺瓦洛夫第一定律(溶液热力学核
心)、第二定律。
4、 低温工质的物性:氧、氮、氩
5、 液化循环:
a、 卡皮查 b、克劳特(膨胀及节流基础) c、单林德(节流为基础)
6、 空气分离:
精馏原理、流程计算
三、 空分应用领域及发展:
1、 钢铁:转炉、顶吹,(除磷、硅、硫)高炉炼铁。
2、 能源:煤制油、煤化工(潜力最大的空分领域)
3、 化工:化工肥料、化工、电子、玻璃(高纯氮、高纯氩)
4、 造纸:漂白剂、次氯酸钙
5、 国防:火箭燃料、氢氧发动机
6、 机械工业:焊接、切割
四、 趋势:十一五期间四大启动
1、 煤制油:a、直接:起源于二战德国,1944 年,褐煤直接在催化
剂的作用下,高压氧输入煤粉进入壳牌炉,生产液化煤油,1 吨
褐煤可生产 0.4 吨煤油。
b、间接:水煤浆+高压氧➡C+H2O+O2➡CO2+H2➡CH4➡二甲醚➡液态
烷烃➡汽油、煤油
2、煤气化循环发电:
传统发电:锅炉→高温高压→蒸汽轮机→电能
IGCC:压力燃气→高压氧→燃气轮机→电能(效率高)
3、LNG:进口 LNG 回收冷量生产空分气体
4、熔融还原炼铁:
煤焦→烧结 还原反应→吸热过程、氧化反应→放热过程
传统焦比非常大,污染大。加高压氧气用煤直接还原氧化铁。
最先应用:日本新日铁、韩国浦项制铁,60%替代传统炼铁。
国内上钢三厂(宝浦钢铁)现属宝钢,用 6w 空分。
五、 其它:
1、 钢铁化肥联合体,将煤用尽。
2、 二次采油,主要为制氮(EOP 技术),地下油采后压力降低,加入氮
气像挤海绵一样将油挤出。世界最大的在墨西哥坎皮切州 4*33.5w 制
氮,11MPa、输送到 70 公里外。(林德、普莱克斯)
3、 医疗:氧舱、氧吧、MRT(核磁共振)
4、 托卡马克,俗称“人造小太阳“
核电站铀 235 裂变反应→受控→原子弹→氘氚→核聚变→氢弹(水中
氘氚,人类可用无数年)→强烈磁场控制→超导线圈→放电 1.4 秒(需
要几吨液氮耗量)
第二节 空气过滤系统
一、作用:过滤→除尘 a、防堵 b、防磨损
二、几种除尘的方法:
1、惯性除尘:通过引导气流转向,利用灰尘的惯性。
2、过滤除尘:最广泛、性价比最高。
a、表面过滤 b、内部过滤
3、离心力除尘:高速旋转,离心力的作用。
4、洗涤除尘:引起气体的某种成分变化。
5、电除尘:利用静电作用,投资大。
a、表面过滤:网状滤料,最早捕积初层,初层后
空隙减少,在阻力达到某一数值时,反吹。初层几乎吹不掉。
b、内部过滤:滤料、布、纸,精度不高,滤料要求高,阻力较大,压比
提高,能耗增大。
精度在 1μm--100μm 左右颗粒,过滤效果≥99.99/%,100μm 自己重力
掉落,1μm--2μm 最难粘附,约 99%,1μm 以下不予考虑。
三、空分设备中使用的除尘器:
1、卷帘式过滤器:a、干式(滤料本身)
b、湿式(一般为油)
阻力达到设定值时,滚轴转动,更换新的滤料。
2、袋式过滤器:吸入塔式,装很多吊袋。
3、自洁式过滤器:
滤料:RK-80
初始阻力:<300Pa
工作阻力:300—800Pa
设定阻力:1500Pa
反吹气通过节流装置(文丘里管、专用喷头)压力转换为速度,将
粘附灰尘吹掉。
工作特点:a、过滤阻力小 b、过滤效率高 c、适应性广(南方较差)
d、反吹耗气量少 0.1—0.5m
3/min e、占地面积小 f、结构简单、
重量轻 g、防腐性好 h、日常维护工作量小
滤筒寿命:2 年以上,工作条件下,可更换滤筒。
设计值一般为 2 倍空压机排气量。
第三节 空气预冷系统
一、作用及意义:
1、 实现等温压缩,增大-ΔhT (等温节
流效应),进 35-40℃,出 90-100℃。
2、 降低主换热器负荷,降低能耗。
3、 满足和改善纯化系统的工作条件。
热端温差增大,远大于 3℃,冷损
加大ΔT 不可逆,纯化吸附环境 8-12℃,饱和含水量大大增加。
二、分类及配用:
1、分类:(1)冷水机组
(2)氮水预冷系统:a、空压机带末级冷却器(法液空)
优点:热负荷小。缺点:阻力大
b、空压机不带末级冷却器。
2、配用:冷水机组适用于污氮比较紧张,装置小情况下,一般 4500Nm
3/h,
不超过 22000m
3空气量。
三、预冷系统的工作特点:
1、保证冷量充足。
2、主换热器热负荷减小。
3、降低空气的饱和含水量,减轻分子筛的工作压力。
4、温度越低工况越稳定(CO2分析仪≤1ppm)
冷量平衡:ηsVpkhs+(-ΔhT)=Q1+Q2+Q3
ηs:等熵效率 Vpk:膨胀空气量 hs:等熵焓降
Q1:液体带走的冷量 Q2:复热不足 Q3:跑冷
Q=K*F*Δt
K:传热系数 F:换热面积 Δt:传热温差
温差增大必须增加换热面积。
5、氮水预冷系统的组成:
空冷塔、水冷塔、冷水机组、水泵过滤器、系统阀门及仪控附件(压力
及液位联锁)
外压缩:氧:氮=1:1---1:1.5 以上必须设置冷水机组。
内压缩:必须使用冷水机组,高压板式温差污氮出口 35℃,中部污氮 15℃,
混合后显热变小。
冷水机组的工作原理:
吸收式:
溴化锂(吸收剂)→水(制冷剂)
水泵:常温水泵扬程:65m
低温水泵扬程:90m
四、空冷塔和水冷塔的工作情况对比:
空冷塔 水冷塔
空气 水 水 污氮
空气自下而上,温度下降 污氮自下而上,温度升高,水温下降
冷却水自下而上,温度上升 空气中含水量减少,污氮含水增多
气体中所含水量自下而上降低 Δt 有负温差,热质交换
加大冷却水,温差变小,水是冷源 Δt 变大,水是热源
五、空冷塔和水冷塔分类及结构:
1、 空筒喷淋式。
2、 板式,大孔径穿流塔,阻力大,效率不高。
3、 填料式:a、散堆填料(空冷塔只能采用)
b、 规整填料,都可采用
空冷塔 50—60℃易结垢堵塞填料。
散堆填料:常用共轭环、鲍尔环(用的比较多)
鲍尔环空冷塔:Ø76 水冷塔 Ø50(开封)效率好、阻力大
水冷塔 Ø105(杭氧)效率差、阻力小
散堆填料阻力远大于规整填料,ΔP0.1—0.2KPa/m 阻力
第四节 纯化系统
一、 净除空气中 H2O 、CO2、CnHm的几种方法:
1、化学法:2NaOH+4H2O= NaOH.4H2O 处理气量小不安全,已淘汰。
2、冻结法:空气通过蓄冷器或切换板式时,把其中的水分和二氧化碳冻结
下来,然后被干燥的返流气体带出装置(即自清除法)。80 年代末还有生
产,90 年后被分子筛替代。不包括乙炔,设置液氧、液空吸附器、硅胶,
使用约 7 天左右,通过电加热器加温再生,造成空分装置很不安全。
局限性:反流污氮大,氮气产量低,极限 1:1.2 氧氮,已逐步淘汰。
分子筛最大可以做到 1:3(林德)
3、吸附法:依靠固体吸附剂对气体混合物中各组分吸附能力的差异而进行
的 。ppm 级 ppb 级。
二、 吸附过程的基本原理:
1、 当气体和固体相接触时,在固体表面或内部将发生容纳气体的现象,
称为吸附。硅胶可以吸附液相,已被吸附的原子或分子返回到气相或
液相中去的现场,称为解吸(或脱附)。
2、 吸附质:被吸附的组分,例如:H2O 、CO2、CnHm等。
吸附剂:起吸附作用的物质,分子筛、铝胶、硅胶等。
3、 吸附的种类:
物理吸附:靠的是分子间的作用力,静电作用(范德瓦尔力)二者本
身化学特性不变化。
化学吸附:化学反应,建立化学键。
4、 吸附过程:
吸附的发生,可分为两个阶段。
a、 第一阶段:外扩散(外表面吸附)
b、 第二阶段:内扩散(内表面吸附),
分为表面扩散(延孔径表面附壁效应)
和孔扩散(直接进入孔内)。
5、 吸附与脱附的工作环境:
物理吸附时,吸附脱附同时发生。
吸附时:吸附速度远远大于脱附。压力高、温度低有益。
脱附时:压力低点,温度高点。
三、 对吸附剂的性能要求:
1、 吸附剂必须是多孔性物质,比表面积:700-800m
3/g。
2、 吸附剂必须有高度选择性吸附。
3、 吸附容量要大(静吸附容量)。
4、 能再生和多次使用。
5、 要有足够的机械强度,再生、吸附的交变载荷。
6、 价格便宜等因素。
四、 吸附剂的分类:
1、 活性炭:a、植物性,木炭干馏。
b、动物性(一般过滤水),骨头碳化。
2、硅胶:细孔和粗孔。
3、活性氧化铝:铝胶,对水分亲和力非常强,湿度大。
4、沸石分子筛:化学结构分为 A、X、碳等型。
外型:球型、叶型、条型。吸附特性:叶状最好(法液空),机械强
度(球型最好),条型介于二者之间。
13X 分子筛化学式:Na86[(AlO2)86.(SiO2)106].xH2OX 结晶质。
13X 分子筛的吸附容量,静吸附经验值:
H2O 28.5% CO2 2.5% 质量值 g/kg
五、 吸附过程:
1、吸附顺序:H2O >CnHm>CO2。
分子筛对不饱和分子、极性分子的亲和力强。
能够继续被氧化分子、氧化和化合价升高,低碳烷烃都不被吸附。首
先吸附化合键最不稳定的。
2、 吸附平衡:在一定温度压力下,当吸附速度和脱附速度相等时,叫做
吸附平衡。
3、 吸附过程的进行:
转效点:当传质区前缘开始达到吸附器出口截面时,即流体流出吸附
剂床层时,被吸附组分浓度明显增加的点。转效点直接决定了分子筛
的切换时间。理论上,切换时间等于转效时间,实际上切换时间小于
转效时间。
六、 吸附能力的衡量:
1、 静吸附容量:在一定温度和被吸附组分浓度下,每单位质量(体积)的
吸附剂达到吸附平衡是,能吸附的最大量,通常以最大的吸附量与吸附
剂量之比表示,操作过程中一般不用(厂家提供)。
2、 动吸附容量:当吸附器后刚出现吸附质时,吸附器内的单位质量(体积)
吸附剂的平均吸附量,也就是吸附剂达到转效点的吸附量,通常用转效
时间来计算(实际操作中用)。由于气流速度影响,故动吸附容量<静
吸附容量,一般为 0.4—0.6 倍。
七、 影响动吸附容量的几点因素:
1、 吸附过程的温度和被吸附组分的分压力。
2、 气流速度:成反比,要综合考虑,两者不可兼得。
3、 相对湿度:大用氧化铝,小用分子筛。
4、 吸附剂的再生完善程度。
5、 床层厚度,床层高,吸附好,但阻力大。
6、 分子筛选型
分压力:混合气体总压力 P 等于各组分分压力总和。
P 空=P 氮+P 氧+P 氩+P 惰性+P 杂质 (摩尔浓度)
P 氮=1.01325*10
5*78.13%Pa
提高吸附环境总压力,各被吸附杂质分压力亦提高。
八:结构形式:
1、 立式:a、单层立式,床层高利用率高,阻力大。
b、双层床,200-300mm 氧化铝+1500mm 分子筛(开空)
30%氧化铝+70%分子筛 (杭氧)
2、 卧式:一般为大中型,床层低,利用率不高,阻力小
3、 立式径向流(法液空专利),结合了立式卧式的优点,较先进。
九、再生的两种方法:
1、加温再生:利用吸附剂高温时,吸附容量降低的原理,把加温气体通入吸
附剂床层,使吸附剂温度升高被吸组分解析,也叫做热交变再生(TSA)。
2、降压再生:再生时,利用降低吸附器内压力,使被吸附组分的分压力降
低,分子浓度减小,吸附剂内部的分子数目也相应减少,也叫做压力
交变再生(PSA)。
十、延长分子筛使用寿命的几点措施:
1、合理选择空气进料口的位置,周围环境选址(比如在化工厂上风口)
2、防止空冷塔误操作(失压)
3、循环水质,PH=7-8
4、分子筛床层避免受冲击,进入分子筛前疏水阀检查游离水。
十一、再生温度的选择:
再生温度:200℃170℃(常用) 150℃120℃
冷吹风值:160℃ 130-140℃ 100℃ 80℃
解析结果:最好 均解析 基本解析 残留率 1-2%
当再生温度达到 300℃时,静吸附容量增加 2%,功率增加 30%,不经济。
吸附→凝聚反应→冷凝→放热反应→吸附热(释放)
杂质吸附在分子筛表面凝聚,类似于冷凝。
脱附→扩散反应→蒸发→吸附热量→脱附热(加入)
研究脱附热加入多少最经济且效果最佳。
十二、降低再生能耗的几种方法:
1、 单层床改双层床,铝胶+分子筛
铝胶解析温度低,电加热占空分能耗的 5-7%。
2、 蒸汽加热器替代电加热器。
3、 设置蓄热器
4、设置预热器:局限性:
a、只适用于相对湿度大的场合(南方等地区)。
b、热能属于无序能,损耗较大,品质低。电能属于有序能,品质高。
只能针对有蒸汽气源,饱和蒸汽大于
过热蒸汽,因出现相变,传热系数最大。
c、单纯加热器→再生→间歇性→功
率只有 1/3,工况不稳定,对于提氩
空分最好不要采用。
d、阻力大,空压机排气压力提高,污
氮气压力提高,上塔 1KPa 下塔 3KPa,
使用时,做功率损耗比较。不能推广
主要原因,换热器进出口温降较大。

空分原理(上).pdf

779.3 KB, 下载次数: 41, 下载积分: 空分币 -1

 楼主| 发表于 2023-1-28 21:17:40 | 显示全部楼层
关注群主,空分原理(下)努力整理中----------
发表于 2023-8-14 07:36:41 | 显示全部楼层
学习学习,总结很全面,值得收藏
您需要登录后才可以回帖 登录 | 加入空分之家

本版积分规则

关闭

站长推荐上一条 /1 下一条

快速回复 返回列表 客服中心

帮助文档|清除痕迹|广告位|Archiver|手机版|小黑屋|空分之家 ( 鲁ICP备10016836 )

GMT+8, 2024-4-25 09:22 , Processed in 0.099512 second(s), 32 queries .

Powered by Discuz! X3.4

Copyright © 2001-2021, Tencent Cloud.

快速回复 返回顶部 返回列表