制氮機(jī)的工作原理以及控制過(guò)程

系統(tǒng)構(gòu)成
PSA 制氮系統(tǒng)主要由空氣壓縮機(jī)、空氣凈化系統(tǒng)，空氣儲(chǔ)罐、切換閥、吸附器和氧氣緩沖罐等組成。
原料空氣經(jīng)空壓機(jī)壓縮后，經(jīng)過(guò)除塵、除油、干燥后，進(jìn)入空氣儲(chǔ)罐，再經(jīng)過(guò)左進(jìn)氣閥進(jìn)入左吸附塔。此時(shí)塔壓力升高，壓縮空氣中的氮分子被沸石分子篩吸附，未被吸附的氧氣則穿過(guò)吸附床層，經(jīng)過(guò)出氣閥進(jìn)入氧氣緩沖罐。這個(gè)過(guò)程稱為吸附，持續(xù)時(shí)間為幾十秒。吸附過(guò)程結(jié)束后，左吸附塔與右吸附塔通過(guò)均壓閥連通，使兩塔壓力達(dá)到均衡，這個(gè)過(guò)程稱之為均壓，持續(xù)時(shí)間約為 3~5 秒。均壓結(jié)束后，壓縮空氣又經(jīng)過(guò)右進(jìn)氣閥，進(jìn)入右吸附塔，重復(fù)上述吸附過(guò)程。同時(shí)左吸附塔中被分子篩吸附的氧氣通過(guò)左排空閥解壓釋放至大氣當(dāng)中，此過(guò)程稱為解吸，吸附飽和的分子篩從而得到再生。同樣，左塔吸附時(shí)右塔同時(shí)也在解吸。 右塔吸附結(jié)束后， 同樣進(jìn)入均壓過(guò)程， 然后再切換到左塔吸附， 如此循環(huán)交替，連續(xù)生產(chǎn)氧氣。
上述基本工藝步驟都是由 PLC 和自動(dòng)切換閥來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。
2-3 工作原理
PSA 制氮機(jī)是根據(jù)變壓吸附原理， 采用高品質(zhì)的碳分子篩作為吸附劑， 在的壓力下， 從空氣中制取氮?dú)狻?經(jīng)過(guò)純化干燥的壓縮空氣， 在吸附器中進(jìn)行加壓吸附、 減壓脫附。由于空氣的動(dòng)力學(xué)效應(yīng)，氧在碳分子篩微孔中擴(kuò)散速率遠(yuǎn)大于氮，氧被碳分子篩優(yōu)先吸附，氮在氣相中被富集起來(lái)，形成成品氮?dú)狻Ｈ缓蠼?jīng)減壓至常壓，吸附劑脫附所吸附的氧氣等雜質(zhì)，實(shí)現(xiàn)再生。一般在系統(tǒng)中設(shè)置兩個(gè)吸附塔 A 和 B，一塔吸附產(chǎn)氮，另一塔脫附再生，通過(guò)控制裝置控制氣動(dòng)閥的啟閉，使兩塔交替循環(huán)，以實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)高品質(zhì)氮?dú)庵康摹?/span>
2-4 控制過(guò)程
PSA制氮系統(tǒng)的工藝流程圖如圖 1 所示。
圖 1 中空氣壓縮機(jī)用來(lái)提供足夠的氣量和相對(duì)恒定的輸入壓力 （0.75 ～ 0.8MPa）的原料氣。
經(jīng)冷干機(jī)除水、除油、除固態(tài)粒子等凈化處理后，為了能連續(xù)不斷的輸出恒定的氮?dú)狻Ｏ?/span>
統(tǒng)設(shè)置 A、B兩個(gè)吸附塔進(jìn)行交替工作， 由氣源系統(tǒng)來(lái)的純凈壓縮空氣， 經(jīng)電磁氣動(dòng)控制閥Y1、Y2由吸附塔 A下部進(jìn)入塔體。經(jīng)吸附塔中碳分子篩床層吸附，并逐步向上推進(jìn)。在此過(guò)程中， 空氣中的氧分子被吸附在碳分子篩微孔中， 而氮被濃縮在氣相中， 由塔上部流出，經(jīng)電磁氣動(dòng)控制閥 Y6、Y8進(jìn)入氮?dú)鈨?chǔ)罐，此過(guò)程即為 A塔吸附制氮。與此同時(shí)， B吸附塔PLC在制氮機(jī)上的應(yīng)用
vi中吸附的氧分子經(jīng)由電磁氣動(dòng)控制閥 Y5 排空，即 B 塔解吸至常壓。 A、B 兩塔交替進(jìn)行連續(xù)供氮。當(dāng) A塔中碳分子篩對(duì)氧的吸附量將達(dá)到平衡時(shí)，則該塔立即停止吸附，此時(shí) Y1、Y4、Y5、Y8均處于關(guān)閉狀態(tài)，而 Y2、Y3、Y6、Y7同時(shí)處于開啟狀態(tài)。實(shí)行 A、B兩吸附塔均壓，均壓后即切換進(jìn)入 B塔吸附、 A塔解吸狀態(tài)。此時(shí)壓縮空氣經(jīng)電氣控制閥 Y1、Y3進(jìn)入 B吸附塔下部，經(jīng) B塔中碳分子篩床層吸附。分離出來(lái)的氮?dú)饨?jīng) Y7、Y8 進(jìn)入氮?dú)鈨?chǔ)罐，即 B塔吸附制氮。 這樣 A、B兩塔交替吸附、 解吸，即形成連續(xù)不斷的向氮?dú)鈨?chǔ)罐輸送氮?dú)狻?/span>
以上 Y1—Y8 電氣控制閥的動(dòng)作順序、 切換時(shí)間等全部由 PLC控制，使二塔連續(xù)不斷供應(yīng)合格氮?dú)狻?/span>
在正常工作時(shí)自動(dòng)循環(huán)過(guò)程如下：
按程序啟動(dòng)鍵→冷干機(jī)啟動(dòng)→延時(shí) X 秒→空掛機(jī)啟動(dòng)→延時(shí) X秒→進(jìn)入吸附 A→延時(shí) X秒→均壓 A=B→延時(shí) X秒→吸附 B延時(shí) X秒→均壓 B=A→延時(shí) X秒→再次進(jìn)入吸附 A，如此自動(dòng)循環(huán)，按停止鍵。系統(tǒng)全部停止工作。
在制氮機(jī)工作過(guò)程的各個(gè)階段。閥 Y1—Y8的工作狀態(tài)如表 2 所示：
表 2 系統(tǒng)手動(dòng)、自動(dòng)操作時(shí)電磁閥工作狀態(tài)表
閥號(hào) Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 Y8
吸附 A + + + + +
均壓 A=B + + + +
吸附 B + + + + +
均壓 B=A + + + +
注：① +表示該閥處于開啟狀態(tài)；②在均壓 A=B，均壓 B=A時(shí)要比 Y?Y 滯后 X 秒開啟 ;③上延時(shí) X 秒均應(yīng)在 0-99 9 秒任意設(shè)置調(diào)
控制要求有手動(dòng)和自動(dòng)兩種工作方式，并要求在手動(dòng)方式時(shí)能進(jìn)行 Y1—Y8 閥的檢查。在手動(dòng)能獨(dú)立起動(dòng)、停止空壓機(jī)和冷干機(jī)；能顯示吸附 A、均壓 A=B 、吸附 B、均壓B=A 四個(gè)階段 Y1—Y8 的開啟情況；各項(xiàng)操作均應(yīng)有指示燈顯示。自動(dòng)工作時(shí)，應(yīng)該能按照自動(dòng)工藝流程要求工作。并能在模擬工藝流程圖中顯示相應(yīng)工作狀態(tài)。同時(shí)對(duì)自動(dòng)運(yùn)行過(guò)程中的各延時(shí)時(shí)間均要能任意調(diào)節(jié)，并能實(shí)時(shí)顯示和查詢當(dāng)前延時(shí)設(shè)定值。