高原环境下变压吸附制氧工艺研究

摘要

变压吸附是一种方便、快捷、高效的制氧方法，且技术日趋成熟，在中小规模的工业生产得到广泛应用。变压吸附制氧技术不论是在研究还是在应用方面，主要集中在平原环境，对于在缺氧的高原环境中的应用研究甚少。为使变压吸附制氧技术在高原地区得到应用，实验将对高原环境中变压吸附制氧工艺进行研究，探讨吸附时间、均压时间和氧气流量对氧气浓度和回收率的影响。 根据三种Li分子筛的吸附特性，设计了变压吸附制氧工艺。分别在平原环境和低压模拟舱中进行实验，平原环境中加压吸附，常压解吸，分离空气的氮气，制备氧气;高原环境中，加压吸附，真空解吸，分离空气中的氮气，制备氧气。 以建立的变压吸附工艺流程为基础，通过理论计算进行了吸附塔结构设计，确定了吸附塔高径比等结构参数，并通过实验研究分别确定了制氧工艺流程的吸附时间、均压时间、氧气流量，运用Design Expert软件将得到的实验数据进行条件优化，得到了最佳的实验条件和回归模型。 通过平原环境中的实验数据分析得出三种分子筛性能最好的为JLOX和MDX分子筛，SXS分子筛次之，这与三种分子筛的参数相符。单因素分析可知，氧气浓度和回收率随吸附时间的增大而增大，均压时间越长，氧气浓度和回收率越大，流量增大，氧气浓度先保持不变后下降，回收率增大。随着海拔升高，在保持氧气浓度不变的前提下，流量不断减小，而回收率增大。通过响应面分析得出平原环境中JLOX分子筛的最佳实验条件:吸附时间7.0s，均压时间1.0s，流量6.31L/min氧气浓度为94.49％，回收率为32.51％。响应面分析海拔3.0km的实验数据，MDX分子筛的最佳实验条件:吸附时间8.0s，均压时间1.0s，流量4.81L/min氧气浓度为93.55％，回收率为38.95％。 以Li分子筛为吸附剂，建立了基于PLC控制的变压吸附氧气制备工艺，该工艺可有效分离空气中的氧气和氮气，制备出高浓度氧气，在高原地区具有广阔的应用前景。

目录

声明

摘要

1前言

1．1研究背景

1．2．1空气分离法

1．2．2化学试剂法

1．2．3电解水法

1．3变压吸附制氧

1．3．1变压吸附的基本原理

1．3．2变压吸附的基本过程

1．3．3变压吸附制氧分子筛

1．4课题研究内容及意义

2变压吸附制氧装置

2．1装置系统的组成

2．2气路系统设计

2．2．1原料气的净化

2．2．2气源系统的设备型号及规格

2．2．3吸附塔及分子筛参数

2．3控制系统

2．4数据采集系统

3制氧工艺性能研究

3．1制氧实验

3．1．1实验材料和仪器

3．1．2实验步骤

3．2实验内容

3．2．1空压机的进气量

3．2．2制氧工艺参数的测定

3．2．3氧气浓度、回收率的计算

3．3结果分析与讨论

3．3．1空压机进气量分析

3．3．2工艺参数对氧气浓度的影响

3．3．3工艺参数对氧气回收率的影响

3．3．4响应面分析

3．3．5累计运行实验

3．4本章小结

4高原环境中制氧工艺性能研究

4．1制氧实验

4．1．1实验材料和仪器

4．1．2实验步骤

4．2实验内容

4．2．1空压机进气量测定

4．2．2制氧工艺参数的测定

4．3结果分析与讨论

4．3．1空压机进气量分析

4．3．2工艺参数对氢气浓度的影响

4．3．3工艺参数对氧气回收率的影响

4．3．4响应面分析

4．3．5累计运行实验

4．4本章小结

5结论

5．1全文总结

5．3论文的不足之处

6展望

参考文献

8论文发表情况

致谢