变压吸附制氮设备设计-气体分离设备.DOC

毕业设计(论文)成果材料 （20届） 题 目 项目工程师助理 2010年 月日文本成果 摘要 2 引言 2 1 任务分析 2 2 方案的初步选定 3 2.1 两个制氮方案拟定 3 2.2 两个方案的比较 3 3 方案的详细设计 3 3.1 设计参数的确定 4 3.2 干燥及净化设备简单介绍 5 3.3 变压吸附的制氮原理 7 3.4影响纯度和流量因素的控制 8 3.5 调试与改进 12 4 总结评价 13 致谢 13 参考文献 14 实际成果 一、实物（照片） 15 二、附录（图片） 17 变压吸附制氮设备设计 章琦君 摘要：PSA新型变压吸附制氮装置是一种在常温下从空气中直接制取氮气的高新、节能分离技术。利用压缩空气经除水、除油、除尘一系列的净化后在变压吸附作用下，由于动力学效应，氧在碳分子筛上的扩散速率明显高于氮，在吸附未达到平衡时，氮在气相中被富集起来，采用西门子PLC自动控制技术，实现连续生产高品质的氮气。具有设备紧凑、占地面积小、全自动操作、运行可靠、起停车快、运行成本低、常温生产和维修方便等优点，且氮气的纯度和产量可适当调节，无污染，是一种高效的现场制氮装置。 关键词：变压吸附，碳分子筛，制氮装置 引言 制氮装置一般有三种形式：深冷式空分装置、膜分离空分设置、变压吸附空分设置。深冷式空分是将压缩空气采用极低温度把空气液化，并通过分馏塔上的分布，根据不同种类气体密度不同来分离气体的一种装置。膜分离空分装置是利用压缩空气在膜组上的渗透速率来分离提取气体的一种手段通常需要空气源压力在1.3Mpa以上，其主要的优势是结构简单，适用于小量和低纯度氮气的使用。变压吸附空分装置是在一定压力下，由于动力学效应，氮氧在碳分子筛上的扩张速率的差异，利用压力变化来制取氮气。该形式的设备，现已经入成熟期，其技术已经非常成熟，生产成本已经达到客户所愿意接受的价格空间，所以现在各行业中使用非常广泛，氮气纯度也可以在95%---99.9995%的空间中选择。并适合于几十到几千立方的氮气使用量，所以其经济效益非常明显。相比较这三种制氮装置，选择变压吸附式的优势在于不需把空气液化，氮气纯度的选择范围也广泛。 1 任务分析 根据客户对氮气的纯度和流量的要求，确定制氮设备的型号，计算有效耗气量选择其他设备的型号。根据客户对所需氮气的要求选择相应型号的净化设备及干燥设备。如果有必要，还需要将制氮分为两步：第一步，制取普氮；第二步，将符合设计标准的普氮纯化。 2 方案的初步选定 根据客户对氮气的纯度和流量的要求，确定制氮机的型号为PFN－120D，制氮机流量为120 Nm3/h，纯度为99.9% 2.1 两个制氮方案拟定 方案一：制氮吸附筒采用直径700mm筒体方案设计 方案二：制氮吸附筒采用直径750mm筒体方案设计 2.2 两个方案的比较 由于最终所需氮气的流量和纯度是固定的。故所需要的碳分子筛的量是固定的，制氮机吸附筒的容积是固定的，区别在于根据制氮机吸附筒直径的不同，筒体的高度是不同的。而直径和高度又影响到碳分子筛的产氮率和使用寿命。设备高度过低，影响产氮率和使用寿命；设备高度过高，则不便于运输和安装使用，所以需要选择合适的筒体直径，设计合适的筒体高度。 3 方案的详细设计 根据分子筛性能，制取纯度为99.9%的氮气，分子筛产氮量≥120Nm3/h·t 1、按分子筛产氮量120 Nm3/h·t计算： 分子筛用量：120/120＝1T 采用2筒体方案 单筒分子筛用量1/2=0.5T 填装分子筛所用容积：0.5T/0.68=0.735M3 （堆积密度：0.68㎏/L） 方案一：采用筒体直径700方案计算 0.735=3.14×0.7×0.7×h/4 h=1911mm 取筒体中间高度1700mm 筒体高度：1700+（350+50+20）+450+30+20=2620mm 气缸高度约为500mm 设备总高度：2780+500=3280mm 制氮机外形尺寸（长X宽X高）约：1800X1000X3280 货车底盘高度1200mm 由于货物重量，货车底盘下降约100mm 运输时候高度：2620+160（机架高度）+1200-100=3880mm 不会超过货物运输高度要求 方案二：采用筒体直径750方案计算 0.735=3.14×0.75×0.75×h/4 h=1664mm 取筒体中间高度1460mm 筒体高度：1460+（375+50+20）+450+30+25=2410mm 气缸500mm 设备总高度：2570+500=3070mm 制氮机外形尺寸（长X宽X高）约：1900X1050X3070 货车底盘高度1200mm 由于货物重量，货车底盘下降约100mm 运输时候高