空分用立式徑向流分子篩吸附器吸附性能研究.pdf

1、由活性氧化鋁和分子篩吸附劑組成的雙層床吸附器是深冷法空氣分離設備中實現原料空氣凈化的重要設備。分子篩吸附器的能耗占整個空分設備能耗的16％左右，故其性能研究具有重要意義。隨著空分設備的大型化發(fā)展，原料空氣處理量的增大，為了使分子篩吸附器適應大型化空分設備的發(fā)展需求，國內外各大空分企業(yè)都開始致力于立式徑向流吸附器的研制。立式徑向流吸附器能夠有效增大氣體流通面積，大大減小床層阻力，從而降低系統(tǒng)能耗，便于加工和維護。本文首先對國內外立式徑向流

2、吸附器的發(fā)展歷程及變溫吸附技術的研究現狀進行了綜述，建立了徑向流雙層床吸附器的吸附模型，對徑向流吸附器的吸附再生性能、再生過程能耗以及設備優(yōu)化設計進行了研究和討論，保證其能夠處于安全、穩(wěn)定、節(jié)能的運行狀態(tài)，并對深刻了解變溫吸附氣體分離過程，優(yōu)化工藝流程設計有重要的實際意義和指導作用。本文主要包括以下三個方面的內容:
　　 (1)本文對徑向流吸附過程建立了一維數學模型，采用軸向活塞流描述原料空氣的流動過程，采用擴展Langmuir

3、方程來描述雙組份吸附質氣體在活性氧化鋁和分子篩吸附劑上的吸附平衡，采用線性驅動力模型描述吸附質氣體與吸附劑的傳質過程，采用有限差分法對偏微分方程組進行離散，采用牛頓分解法迭代求解離散后的非線性方程組。
　　 (2)采用上述模型計算得到了吸附過程中吸附床層內部溫度分布和吸附質氣體的濃度分布，通過與13X分子篩單層床的對比，填充活性氧化鋁與13X分子篩的雙層吸附床表現出了更好的吸附性能;得到了動態(tài)吸附過程中溫度、濃度等的變化趨勢，結

4、果顯示，水蒸氣與二氧化碳組成的雙組份吸附質氣體在吸附過程中存在相互作用，水蒸氣作為強吸附相，出現在分子篩吸附床層后會抑制二氧化碳的吸附，使其濃度分布曲線表現出局部“反超”現象;在吸附床層總厚度保持相同的前提下，當雙層吸附劑厚度分別為20mm和66.5mm時，氧化鋁與分子篩吸附床同時被穿透，既保證雙層吸附床同時達到最高的利用效率，又能夠有效延長設備的使用壽命，此時充分發(fā)揮了雙層吸附床的優(yōu)勢。
　　 (3)建立了徑向流分子篩吸附器的