常见的过滤除尘装置有拉西环式过滤器,链带式过滤器、干式空气过滤器(干带传动过滤器,袋式过滤器)。
主要设备及工作原理:
空气过滤器(脉冲反吹自洁式空气过滤器):
自洁式空气过滤器是工业发达国家上世纪70年代开发的新型设备,其最大的特点是结构简单,维护使用方便。国内厂家生产自洁式空气过滤器仅有十几年的历史。自洁式空气过滤器由空气滤筒、脉冲反吹系统、净气室、框架、控制系统组成。反吹系统由气动隔膜阀、电磁阀、专用喷嘴及压缩空气管路组成。控制系统主要由脉冲控制仪、差压变送器、控制电路等组成。其结构如图所示。
在空气进入空压级之前清洁介质中的固体颗粒和微尘。自洁式空气过滤器的净气室出口与空压机入口连接,在负压的作用下,从大气中吸入加工空气。空气径过过滤滤筒,灰尘被滤料阻挡。无数小颗粒粉尘在滤料的迎风面形成一层尘膜。尘膜可使过滤效果有所提高,同时也使气流阻力增大。当阻力增至高限600Pa时,由压差变送器将阻力信号传给脉冲控制仪中的电脑,电脑发出指令,直接系统开始工作。电磁阀接到指令后,按程序控制、驱动隔膜阀,隔膜阀瞬间释放出压缩空气,其压力为600~800KPa,径喷嘴整流后,自虑筒内部反吹滤筒,将滤料表面的粉尘吹落,阻力随之下降。当阻力达到滤料的初始阻力约150Pa时,自洁系统停止工作。
原理草图
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2、空气压缩系统:
目的:将空气压缩至工艺所需的压力。(见压缩机工作原理。) 3、空气预冷系统:
目的:空分装置希望压缩空气进装置时的温度仅可能低。以降低空气中的饱和水含量和主换热器的热负荷。而空压机实际上部可能实现等温压缩,末级压缩后的空气温度可高达80~90℃。因此空气在空压机后,进空分装置前,要对空气进行冷却。尤其是对分子筛吸附进化流程,由于分子筛的吸附容量与温度有关,温度越低,吸附量越大。
空气进空分设备的温度升高将会造成:
等温节流效应下降,膨胀空气量增加,产品能耗增大;主换热器的热负荷增大,这是由于进气温度升高以及空气中水蒸气含量增加的缘故;空分设备的净化工作条件恶化,由于清除水负荷加重,吸附器工作周期短;使空分设备的工况不温度。氮水预冷器主要有以下类型:
直接接触式氮水预冷器(关键因素是水气比)、非接触式氮水冷却器、组合式氮水预冷器。
流程描述:压缩后的空气通过空气冷却塔直接接触洗涤并冷却,冷却水分两段注入冷却塔。在较低段空气由循环水预冷,在较高段,冷却空气的冷冻水来自蒸发冷却塔,(并经过氨冷却器进一步冷却)。冷却水下降过程中同时也将空气中的可溶性杂质洗涤掉。当空气经过两个填满分子筛的吸附器时,其他的有害物质如水蒸气、CO2、N2O以及碳氢化合物被吸附掉。吸附器再生气为来自分馏塔的污氮气,经由蒸汽加热器加热到再生所需的温度。
(1) 空气冷却塔、水冷却塔
空气冷却塔的工作原理:从压缩机出来的高温空气自下而上流动,冷却水自上而下喷淋,如图所示。空气与水直接接触,既换热又受到了洗涤,能够清除空气中的灰尘,并将一些有腐蚀性的气体溶解于水中,例如H2S、SO2、SO3等,避免主换热器等被腐蚀,延长使用寿命。由于空气冷却塔的容积较大,对加工空气还能起到缓冲的作用。
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空气冷却塔工作原理图
水冷却塔的工作原理:温度较高的冷却水(35℃左右),从顶部喷淋向下流动,温度较低的污氮气(27℃左右)自下而上地流动,二者直接接触,既传热又传质,是一个比较复杂的换热过程。另一方面,由于污氮比较干燥,相对湿度只有30%左右,所以水分子能不断蒸发、扩散到污氮中去。而水蒸汽需要吸收气化潜热,从水中带走热量,这就使得水的温度不断降低。必须指出,污氮吸湿是使水降温的主要原因,因此污氮的相对湿度是影响冷却效果的关键,这也是为什么有可能出现冷却水出口温度低于污氮进口温度的原因。
(二)前端净化系统
1、空气中水分的清除(干燥):
2、清除空气中的水分、二氧化碳和乙炔的方法
清除空气中的水分、二氧化碳和乙炔的方法最常用的是吸附法和冻结法(乙炔是不能冻结的)。
空气中的水分、二氧化碳和乙炔等采用吸附法清除。吸附法就是用硅胶或分子筛等作为吸附剂,把空气中所含的水分、二氧化碳和乙炔等杂质分离出来,浓聚在吸附剂的表面上(没有化学反应),加温再生时再把它们吹走,从而达到净化的目的。
吸附过程
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分子筛是人工合成的晶体铝硅酸盐,也有天然的,俗称泡沸石。分子筛内空穴占体积的50%左右,平均每克分子筛有700~800m2的内表面积。吸附过程产生在空穴的内部,它能把小于空穴的分子吸入孔内,把大于空穴的分子档在孔外,起到筛分分子的作用。
吸附剂存在最大的吸附能力,当吸附剂达到其最大吸附量(饱和)时,就失去了吸附能力,必须再生。再生就是吸附的逆过程,使吸附剂恢复吸附能力。
常见的吸附剂有:活性碳、硅胶、活性氧化铝、沸石分子筛。
沸石分子筛具有以下特点:有极强的吸附选择性、在气体组分浓度很低的情况下具有较大的吸附能力,它的比表面达800~1000m2/g。
(TSA法)再生的方法有两种,一种是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层,使吸附剂温度升高,被吸组份解吸,然后被加温气体带出吸附器。再生温度越高,解吸越彻底。这种再生方法叫加温再生或热交换再生,是最常用的方法。再生气体用于干燥氮气较好,或用空气。
(PSA法)另一种再生方法叫降压再生或压力交变再生。再生时,降低吸附器内的压力,甚至抽成真空,使被吸附分子的分压力降低,分子浓度减小,则吸附在吸附剂表面的分子数目也相应减少,达到再生的目的。
分子筛吸附器利用分子筛变温吸附的工作原理,在常温或低温时分子筛能够吸附大量比其孔径大的杂质,当温度提高时,它会把吸附的杂质全部脱附,这就是分子筛的再生。因此分子筛一般设计成两塔结构,能实现连续工作,一塔吸附时,另一塔脱付(再生),把空气中的水蒸汽、二氧化碳、一氧化二氮和潜在有害的碳氢化合物吸附,从而使压缩空气得到净化
6空气入口35空气出口421—吸附再生塔;2—电加热器;3—再生气调节阀;4—切换阀;5—消音器;6—双向阀
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