吸附式制氮装置的设计

吉林化工学院本科毕业设计说明书II摘要氮气是惰性气体，在石油化工生产、生物制药中，物料需要使用氮气进行保护和输送；在工业热处理方面，也需要制备氮基，并且在塑料生产与橡胶制造工业也有着广泛的用途。变压吸附技术，是一种高效的新型气体分离技术，目前已得到了广泛应用。由小型化逐渐实现大型化发展，因为其性能和重要性日渐显著，对它的研究已成为目前化工领域的一个大热点。本文针对一些中小型需氮的企业，介绍了一种小型的变压吸附制氮装置，通过设计介绍该制氮装置，从而更了解小型且大众的制氮装置设施，它的流程以及设计参数与装配过程，并且对于基本工况也进行了基本介绍。近年来，一些发达国家对氮的需求量更是逐步增长。因此，如何提高PSA技术制氮的产量和质量成了科研工作者的热门课题。关键词：参数.流程.氮气的基本用途和重要性苏圣：吸附式制氮装置的设计ⅡAbstractNitrogenisinertgas,inpetrochemicalproduction,biopharmaceuticalmaterialsneedtousenitrogenprotectionandtransport;intheindustrialheatprocessing,alsoneedtopreparenitrogenbased,andintheproductionofplasticandrubbermanufacturingindustryalsohasawiderangeofuses.Pressureswingadsorptiontechnology,isanefficientnewgasseparationtechnology,hasbeenwidelyused.Ithasbecomealargescaledevelopment,becauseofitsperformanceandimportance,anditsresearchhasbecomeahotspotinthefieldofchemicalindustry.Theforanumberofsmallandmedium-sizednitrogenenterprise,introducestheasmallPSAnitrogenplant,introducethenitrogenmakingdevicethroughthedesign,soastoknowmoreaboutsmallandpopularnitrogenplantfacilities,itsprocessandparameterdesignandassemblyprocess,andthebasicconditionswerealsointroducedthebasic.Inrecentyears,thedemandfornitrogeninsomedevelopedcountriesisgraduallyincreasing.Therefore,howtoimprovetheyieldandqualityofPSAtechnologyhasbecomeahottopicofscientificresearchworkers.KeyWords：Parameters,Processes,BasicuseandImportanceofNitrogen吉林化工学院本科毕业设计说明书III目录摘要.................................................................IAbstract..............................................................II第1章相关知识....................................................-1-1.1气体知识....................................................-1-1.2压力知识....................................................-1-1.3电力知识....................................................-1-1.4安全知识....................................................-1-第2章变压吸附（PSA）制氮原理及系统设备概述.......................-3-2.1概述........................................................-3-2.2PSA制氮工作原理............................................-4-2.3PSA制氮基本工艺流程........................................-6-2.4PSA制氮系统设备............................................-7-2.4.1空气压缩机...........................................-7-2.4.2压缩空气预处理设备...................................-8-2.4.3制氮主机..............................................-9-2.4.4吸附器的设计计算.....................................-9-2.4.5氮气后期净化处理....................................-14-第3章设备安装及工况条件.........................................-15-3.1设备布置要求................................................-15-3.2工况条件...................................................-15-3.3设备安装...................................................-16-第4章设备调试及开、停车.........................................-17-4.1设备调试前准备工作..........................................-17-4.2设备首次启动（设备调试）....................................-17-4.3设备正常开车步骤............................................-18-4.4设备正常停车步骤............................................-19-4.5故障紧急停车步骤............................................-19-4.6设备正常运行状态描述........................................-19-4.7操作注意事项................................................-20-第5章设备检验..................................................-21-5.1检验标准...................................................-21-5.2设备出厂检验................................................-21-第6章设备维护...................................................-23-结论..............................................................-25-参考文献..........................................................-26-吉林化工学院本科毕业设计说明书-1-第1章相关知识1.1气体知识在空气中氮气是含量最为丰富的气体，它无色、无味，并且高纯度的氮气经常作为保护性气体，它作用于隔绝氧气或空气的场所。氮气在空气中的含量为78.084%（空气中各种气体的所占百分比为：氧气：20.9476%、氩气：0.9364%、二氧化碳：0.0314%、以及还有其他组成气体，但在空气中含量极少），其中氮的分子质量为28，沸点：–195.8℃，冷凝点：–210℃。1.2压力知识变压吸附（PSA）基本制氮的工艺是加大压力吸附、用常压解除吸附，并且必须使用压缩空气。现在制氮装置所常用的吸附剂——碳分子筛最佳吸附压力为0.75~0.9MPa，并且在制氮系统中气体都是带有压力的，因此人们即使在维修中也不可以直接面对设备里的高压气体。非专业人员未经许可，绝对不允许擅动系统中控制管路的各个阀门、压力表等一些重要部件。在本方案中除非注明，否则压力均为表压。1.3电力知识制氮系统中空压机、冷干机或其它气体干燥设备、制氮主机、氮气纯化装置等设备均需要接入380V或220V电源，电源条件规定见下表。电压V允差%相位频率Hz允差%380±5三相50±1220单相一定要注意用电的安全，因为电压超过36V时对人体有危害。并且需要了解各设备的接电要求，严格按照要求连接电源。使用设备时要按要求使用电源电压，不可超额使用。一定要有接地保护，避免发生短路。非专业人员或未经许可请勿擅动制氮系统中的电路电器。1.4安全知识因为高纯氮气作为隔绝空气或氧气等气体的惰性气体，因此在密封环境中很容易使人缺氧窒息。所以在使用时，工作人员必须在通风良好的环境中下工作，人或动物苏圣：吸附式制氮装置的设计-2-切勿在充满高纯氮气的密封环境中，以免发生伤亡事故。当发生事故时，迅速将事故者运往敞开、通风的大气中做人工呼吸。由于整个变压制氮系统中的气体均是带有压力的，需防止压力气体的加渣冲击；在空压机、冷干机、气体干燥设备、制氮主机及氮气纯化装置等设备的排气口，请勿站人。整个系统中的连接管路必须牢固可靠密封，以免漏气或造成管路破裂，发生人员伤亡或财物损坏。由于整个制氮系统中要使用380V或220V动力电源，请注意用电安全！非专业人员或未经许可和培训的其他人员切勿擅自操作电器或擅改电路。吉林化工学院本科毕业设计说明书-3-第2章变压吸附（PSA）制氮原理及系统设备概述2.1概述变压吸附（PSA）制氮机是一种逐步取代瓶装氮气和深冷空分制氮的新型高科技设备,它具有设备成本低，体积小、重量轻、操作简单、维护方便、运行费用小、现场制氮快捷、开关方便、无污染等优点,。广泛运用于石油化工、橡胶塑料、电子、制药、啤酒饮料、食品保鲜、机械加工、冶金、玻璃煤炭、航空航天、军事等行业和领域，设备运行稳定，安全可靠，深受广大用户的青睐。空气为原料，变压吸附制氮技术是在常温下利用O2和N2在吸附剂上的吸附速率的差异或吸附容量不同，采用在高压下吸附，低压下解析原理来制备的。根据不同性能的吸附剂，制氮的机理也不相同。目前变压吸附制氮采用碳分子筛（CMS）和沸石分子筛（MS）两种技术。碳分子筛制氮（CMS）是利用碳分子筛对O2和N2吸附速率不同的原理来分离N2的。碳分子筛是一种非极性速度分离型吸附剂，通常以煤为原料，以纸张或焦油为粘结剂加工而成。它之所以能对氧氮分离主要是基于氧气和氮气在碳分子筛上的扩散速率不同（35℃时扩散速率，O2为6.2×10-5，N2为2.0×10-6），氧气在碳分子筛上的扩散速度大于氮气的扩散速度，使得碳分子筛优先吸附氧气，而氮气富集于不吸附相中，从而