分子筛制氧机在污水富氧净化处理系统运用

摘要：在美国和欧洲,纯氧技术已成功用于城市和工业污水处理中,建立新厂和旧厂的改造共达500多个项目。在提高污水排放水质、增加处理能力、提高灵活性、降低能耗和减少剩余污泥量方面,这些项目均取得了良好的效果。中国目前部分城市污水处理厂超负荷运行,而且我国新颁布的《城镇污水厂污染物排放标准》(GB18918- 2002)已于2003 年7 月1 日开始实施,明确规定了城市污水厂较为严格的氮、磷排放标准,原有城市污水处理厂面临进一步改造提高出水标准的问题。因此,以纯氧代替空气的纯氧曝气法

摘自：毕业论文结论怎么写www.udooo.com

越来越多的受到人们的关注。
关键词：分子筛制氧机；空压机；吸附塔结构；
一．概述
氧气曝气活性污泥法是在传统活性污泥法基础上发展起来的一种高效污水处理方法，其最大的特点就是处理效率明显高于普通曝气法。
变压吸附（Pressure Swing Adsorption,简称PSA）空分制氧技术是一项低耗能、投资少、规模灵活、自动化程度高的新型分离技术，在中小规模用氧、浓度要求不高的场合具有明显的优势，已经成为中小空分制氧的主要方法。“分子筛制氧机”非常适宜运用到污水富氧净化处理系统，它是一种新型的利用变压吸附原理从空气中分离氧气的装置。所谓变压吸附就是利用气体在不同的压力下在吸附剂上的吸附能力不同，对空气中各种气体进行分离的一种非低温空气分离技术。空气中的主要组份是氮和氧，因此可选择对氮和氧具有不同吸附选择性的吸附剂，设计适当的工艺过程，使氮和氧分离，制得氧气。
二．设计方案的制定
依据我公司污水处理系统对分子筛制氧机的要求，为分子筛制氧机的设计提供了一些确定的参数，其他参数由研制出的实验装置试验得出。

2.1制氧机的组成

经过外场调研考察及有关国内外资料，确定了采用两塔结构的PSA吸附方式的分子筛制氧机，基本部分组成为：动力部分；干燥过滤部分；空气缓冲罐部分；吸附塔部分；氧气缓冲罐；流程；控制部分。

2.2主要参数

确定主要设备及技术参数：
输入空气：pλ≥0.4Mpa（G）（可调）；Qλ≥500m3/h；过滤精度：0.5μm（粉尘颗粒）除油雾0.01ppm；水汽含量＜6g/kgA。
输出产品气：p出≥0.1~0.4Mpa（G）；Q=10~100m3/h（额定输出产品气流量）标准型Q≥50 m3/h；ξO2=60%（输出产品气含氧百分比）。

2.3试验装置

通过构建一套小型PSA制氧系统及一套压力、流量、浓度的检测装置，利用装置，进行了反复试验对比，试验出了一些设计必须的参数。

2.4试验确定的参数

吸附剂、压力、流量、吸附塔结构、高径比、反吹洗流量、工艺流程等是我们试验确定的参数，下面对这些参数进行说明。

2.4.1动力部分--空压机

空压机排气压力主要由分子筛吸附剂的吸附性能决定的，每一种吸附剂都有一个最佳的吸附压力，这是因为虽然吸附剂的吸附量随压力增高而增加，但是却由于在相同的解吸的压力下解吸的完全程度不一样，解吸不完全影响下一步骤的吸附。由此看出这种HP-PSO28×12型分子筛吸附剂最佳吸附压力在0.5MPa左右，考虑到吸附过程中压力的波动非常大，最终吸附塔内的压力受压缩机供气量、空气缓冲罐体积、排气流量等因素影响。空压机压力在0.5-0.7MPa可满足要求。

2.4.2干燥过滤部分

干燥过滤部分可对气源进行预处理，能够去除气源中的大部分液态水和尘埃、油气等杂质。它要求：过滤精度：0.5μm（粉尘颗粒）；除油雾0.01ppm；水汽含量＜6g/kgA。我们通过冷冻干燥机与T、A、F、H四级过滤器的组合，可以达到：过滤精度：0.01μm（粉尘颗粒）；除油雾0.001ppm；水汽含量＜

2.0g/kgA。

2.4.3空气缓冲罐

空气缓冲罐的主要目的是为了使吸附塔获得稳定的气源。由于制氧机在运行中不断排气、吸气，压力波动很大，一定体积的空气缓冲罐能减小压力的波动，给吸附塔提供需要的压力。通过计算和试验我们确定空气罐的体积V=Q出×n, 其中Q出为空压机每分钟的排气量（Nm3/min）,n=0.3。这个体积比较经济适用。

2.4.4吸附塔部分

吸附塔部分是制氧机的核心部分，影响制氧机的吸附效率和可靠性的关键。它的主要组成和影响因素有：吸附剂；塔的高径比；吸附塔结构；压紧方式；装填方式等。

2.4.4.1吸附剂

吸附剂在整套装置上对吸附效果有比较关键性的影响，吸附量大，解吸完全的吸附剂决定装置的大小、效率；抗压、抗粉碎和耐磨性好坏决定吸附剂的使用寿命。
我们选用了上海环球分子筛厂生产的HP-PSO28×12型分子筛，颗粒度为2.0mm。并通过试验确定了在一定压力、流量下，单位分子筛吸附剂的产氧量，以确定不同流量的制氧机所用吸附剂的用量。

2.

4.2高径比

图表1
本实验装置中，高径比达到的氧气体积浓度即可达到≥60%，虽然高径比越高产氧的浓度越高，但提高幅度不大，过高的高径比使设备受总高度的限制，因此，高径比在4左右即可满足使用要求。

2.4.4.3吸附塔结构

吸附塔结构影响产氧能力，这里吸附塔不仅受高径比的影响，而且受吸附塔进出气两端体积高度的影响。进出气口的空间高度对产氧浓度均有影响，但出气口空间高度对氧气浓度的影响更大一些，进气端的空间能使原料气分布均匀，出气端空间影响氧浓度。

2.4.5氧气缓冲罐

氧气缓冲罐的作用是保证一定压力的产品气能够保证浓度要求，且浓度波动范围小于1%。
通过试验我们确定氧气缓冲罐的体积为每分钟产纯氧量的

1.5-2倍。

2.4.6流程

自从发现变压吸附原理以来，人们就不断探索实现吸附的最佳工艺流程，这些流程中主要不同是在均压的过程，从无均压到有均压，从一次均压到多次均压。通过均压提高了氧利用率。

图表2
从图表2可以看出三种均压方式产氧浓度的变化情况，其中，出口对进口均压，其效果最好，尤其是这种方式是唯一能达到90%以上浓度，其他两种均不能。

2.4.7控制部分

控制部分以plc控制器为核心，集成程序控制、信号采集、报警、备用程序、紧急切断等功能。
程序控制主要指实现吸附制氧的控制程序及实时调整程序。
信号采集可采集温度、产品气流量、压力、氧浓度等信号到控制器中。
备用程序可在阀门故障时自动切换并启动到备用程序，保证制氧机能不停机输出氧气。

2.4.8反吹流量

反吹流量存在一个最佳值，通过试验得知在≥60%体积浓度的时候，氧的最大利用率为43.1%。另外，我们设计了“一种采用热平衡装置”的吸附塔（图1），不仅能将吸附器对床层温度的影响降低，而且可以达到平衡气流分布，使传质区锋面更加平整的目的，从而提高了吸附剂的利用率。并提出了相关的专利申请--“一种采用热平衡装置的吸附塔”。
图1采用热平衡装置的吸附塔示意简图
三．分子筛制氧机工艺研制
分子筛制氧机的制造难点在各种罐体的制造、分子筛的装填和总体装配等方面。

3.1分子筛装填用罐体经剪切下料、滚筒、焊接、立式车床车两端面、表面涂漆后完成。

3.2装填过程使用振动装填装置，使分子筛在振动填装过程中减少内部间隙，提高装填密度，达到分子筛的设计装量要求。
3.3分子筛制氧机总体装配的重点在各管路的弯制、法兰联接及焊接，须保证设备整体的美观、联接的密封、运行的可靠。各管路的制造使用高精度模具的弯管设备弯制，保证了弯制处的圆滑和尺寸的统

一、为各联接部位装配的气密性提供了质量保证。

3.4采用“阀门检验检测装置”对程序控制阀进行全检，保证使用的阀门全部合格。

四、可靠性设计

为了保证制氧机的可靠，我们除了在可研阶段认真进行调研外，在设计中贯彻执行“JBT 6427-2001变压吸附制氧、制氮设备”标准， 还运用FMEA方法，分析潜在的失效，避免或消除故障起因、预先确定或检测故障、减少故障的影响和后果。

4.1分子筛故障树分析

依据故障树分析(FTA)理论，对可能造成微型变压吸附制氧机失效的各种因素(包括硬件、环境、人为因素)进行分析，建立了相应的故障树，制氧机失效的形式虽多，但吸附塔失效、控制失效是最重要的。因此，对设计、检验、生产等过程严格管理，彻底防止失效可能性发生。
五．总结
5.1 通过搭建“分子筛检验试验设备”，确定其压力、冲洗流量、工艺流程等技术参数、规律。

5.2改进了计算进气流量偏小，吸附塔设计体积过小，产气流量达不到仿真计算的参数。

5.3我们根据试验结果提出了更加先进的工艺流程，优化选择了较小一些的高径比吸附塔，对吸附塔结构优化改进，提高了吸附效率。

5.4运用FMEA方法提高可靠性

5.5对制氧机的设计积累了一些经验，为向VPSA方向发展奠定了基础。

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。