制氮機(jī)的工作原理以及控制過程

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)過除塵、除油、干燥后，進(jìn)入空氣儲罐，再經(jīng)過左進(jìn)氣閥進(jìn)入左吸附塔。此時塔壓力升高，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吸附床層，經(jīng)過出氣閥進(jìn)入氧氣緩沖罐。這個過程稱為吸附，持續(xù)時間為幾十秒。吸附過程結(jié)束后，左吸附塔與右吸附塔通過均壓閥連通，使兩塔壓力達(dá)到均衡，這個過程稱之為均壓，持續(xù)時間約為 3~5 秒。均壓結(jié)束后，壓縮空氣又經(jīng)過右進(jìn)氣閥，進(jìn)入右吸附塔，重復(fù)上述吸附過程。同時左吸附塔中被分子篩吸附的氧氣通過左排空閥解壓釋放至大氣當(dāng)中，此過程稱為解吸，吸附飽和的分子篩從而得到再生。同樣，左塔吸附時右塔同時也在解吸。 右塔吸附結(jié)束后， 同樣進(jìn)入均壓過程， 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 和自動切換閥來實現(xiàn)自動控制。
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， 從空氣中制取氮氣。 經(jīng)過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，形成成品氮氣。然后經(jīng)減壓至常壓，吸附劑脫附所吸附的氧氣等雜質(zhì)，實現(xiàn)再生。一般在系統(tǒng)中設(shè)置兩個吸附塔 A 和 B，一塔吸附產(chǎn)氮，另一塔脫附再生，通過控制裝置控制氣動閥的啟閉，使兩塔交替循環(huán)，以實現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)高品質(zhì)氮氣之目的。
2-4 控制過程
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)用來提供足夠的氣量和相對恒定的輸入壓力 （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氣。系
統(tǒng)設(shè)置 A、B兩個吸附塔進(jìn)行交替工作， 由氣源系統(tǒng)來的純凈壓縮空氣， 經(jīng)電磁氣動控制閥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)電磁氣動控制閥 Y6、Y8進(jìn)入氮氣儲罐，此過程即為 A塔吸附制氮。與此同時， 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塔中碳分子篩對氧的吸附量將達(dá)到平衡時，則該塔立即停止吸附，此時 Y1、Y4、Y5、Y8均處于關(guān)閉狀態(tài)，而 Y2、Y3、Y6、Y7同時處于開啟狀態(tài)。實行 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。分離出來的氮氣經(jīng) Y7、Y8 進(jìn)入氮氣儲罐，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)不斷的向氮氣儲罐輸送氮氣。
以上 Y1—Y8 電氣控制閥的動作順序、 切換時間等全部由 PLC控制，使二塔連續(xù)不斷供應(yīng)合格氮氣。
在正常工作時自動循環(huán)過程如下：
按程序啟動鍵→冷干機(jī)啟動→延時 X 秒→空掛機(jī)啟動→延時 X秒→進(jìn)入吸附 A→延時 X秒→均壓 A=B→延時 X秒→吸附 B延時 X秒→均壓 B=A→延時 X秒→再次進(jìn)入吸附 A，如此自動循環(huán)，按停止鍵。系統(tǒng)全部停止工作。
在制氮機(jī)工作過程的各個階段。閥 Y1—Y8的工作狀態(tài)如表 2 所示：
表 2 系統(tǒng)手動、自動操作時電磁閥工作狀態(tài)表
閥號 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時要比 Y?Y 滯后 X 秒開啟 ;③上延時 X 秒均應(yīng)在 0-99 9 秒任意設(shè)置調(diào)
控制要求有手動和自動兩種工作方式，并要求在手動方式時能進(jìn)行 Y1—Y8 閥的檢查。在手動能獨立起動、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 四個階段 Y1—Y8 的開啟情況；各項操作均應(yīng)有指示燈顯示。自動工作時，應(yīng)該能按照自動工藝流程要求工作。并能在模擬工藝流程圖中顯示相應(yīng)工作狀態(tài)。同時對自動運(yùn)行過程中的各延時時間均要能任意調(diào)節(jié)，并能實時顯示和查詢當(dāng)前延時設(shè)定值。