压缩空气、氮气生产基本知识和特点

1、压缩空气、氮气生产基本知识和特点第一讲 压缩空气1第二讲 变压吸附制氮2 倍达工厂压缩空气主要生产设备： 1、喷油螺杆空气压缩机 2、贮气罐 3、除油器或精密过滤器 4、冷冻式干燥器或吸附式干燥器第一讲 压缩空气生产1一、喷油螺杆空气压缩机 喷油螺杆空气压缩机主要生产（实际值）的压缩空气，并通过油分离器初步分离油，通过空气冷却器和排水阀初步分离水和油蒸汽，通过空气过滤器初步过滤空气中微小尘埃。主要组成部分：主机 / 电机系统冷却 / 分离系统气路 / 调节系统控制 / 电器系统保护系统第一讲 压缩空气生产1系统原理图（以风冷机组为例，黄线为空气，绿线为空气和油混合气，红线为油）油冷却器后冷却器

2、油分离器主机-电机系统空气过滤器油过滤器疏水器回油管第一讲 压缩空气生产11、主机与电机系统第一讲 压缩空气生产1主机第一讲 压缩空气生产1第一讲 压缩空气生产1吸气阶段（为阴、阳转子剖面，黄色为吸入的空气）第一讲 压缩空气生产1压缩阶段（为阴、阳转子剖面，黄色为正压缩的空气）第一讲 压缩空气生产1排气阶段（为阴、阳转子剖面，红色为排出的压缩空气）第一讲 压缩空气生产1空气压缩机关键参数： 1、 额定容积流量（铭牌流量）：在一定的排气压力下，空压机在单位时间内排出的气体容积折算到进气状态（大气温度0，压力1*105pa）下的容积值。 一般实际进气状态不是大气温度0，压力1*105pa，此时需要

3、将实测出流量折算到大气温度0，压力1*105pa，因此实际流量是随着大气温度变化的（一年四季不同），不是一个恒定值。2、压力比（又称压缩比）：要求取绝对压力 压缩机的末级排气压力（设计排气压力）与第一级进气压力（设计进气压力）之比。3、排气压力： 压缩机的实际排气压力并非定值，它不是由压缩机自身决定的，在设计排气压力范围内，实际排气压力的高低是由用气管网决定的。第一讲 压缩空气生产1第一讲 压缩空气生产1 当压缩机实际气量大于用户气量时，空压机减载运行，排气压力为设计排气压力，实际流量小于设计流量； 当压缩机实际气量等于用户气量时，空压机满载运行，排气压力为设计排气压力，实际流量等于设计流量；

4、 当压缩机实际气量小于用户气量时，空压机满载运行，排气压力小于设计排气压力，实际流量等于设计流量；4、排气温度： 微油螺杆空压机的压缩比为一般为7:1或8:1，排气温度应为90-100，但由于润滑油起冷却作用，排气温度只比环境温度高3238 . 过高的排气温度将使润滑油提前劣化，影响空压机使用寿命；另外过高的排气温度将使润滑油分解产生积碳，堵塞油路，油滤器芯更换频繁，使电磁阀卡死，使油冷翅片堵塞（冷却效果下降）第一讲 压缩空气生产1 5、排气含油量 压缩机中润滑油的作用： A、冷却作用。对压缩机螺杆、压缩气冷却，使排气温度低于100 。 B、润滑作用。对螺杆、轴承进行润滑，降低转动件磨损，降低

5、摩擦面的能量消耗。 C、密封作用。对螺杆间隙密封，减少高压气从排气端向吸气端泄漏，提高压缩机工作效率。 压缩机压缩过程产生大量热量，形成高温排气，在高温环境下润滑油的粘度下降，产生大量的油雾和油蒸汽，并随压缩空气排出。 压缩机的排气含油均为劣质废油和易燃易爆的油蒸汽，甚至含有焦油、碳粒，汇集到管道、储罐中有爆炸危险。2、冷却 / 分离水系统水冷 - 串联流动 ( 最高至 32 )后冷却器INLET 水进OUTLET 水出油冷却器空气进 空气出第一讲 压缩空气生产1水冷 - 并联流动 (高于32 )AFTERCOOLER 后冷却器OILCOOLER油冷却器INLET 水进OUTLET 水出空气进

6、空气出第一讲 压缩空气生产1后冷却器（空气冷却器）：压缩机排气温度7090 ，而后处理要求进气温度3540 ，必须通过后冷却器（空气冷却器）将排气降温到40 ，并将出口空气中60%以上的水分和油分拦截下来，通过疏水器和贮气罐排污阀排出。分水冷式和风冷式两种。日常检查维护：检查后冷却器后排气温度，发现排气温度高，需要：开大循环水阀门，提高循环水流量,降低温度拆检换热器，清洗换热器铜管； 第一讲 压缩空气生产1疏水器:将后冷却器冷却后压缩空气中产生的凝水及时排出（否则冷却出来的凝水又随空气带走，起不到除水作用）降低用户管道中的含水量日常检查维护：每2小时检查疏水器排水情况，要求：有水排出为正常；

7、无水排出时有微量气排出为正常； 无水无气排出时为异常堵塞，需拆检疏水器和管道第一讲 压缩空气生产1油过滤器:5 微米（m）等级保护主机轴承保持进压缩机润滑油干净日常检查维护：每23小时检查压差指示装置或显示数据： 到更换值时及时更换新过滤器 更换不及时造成供油不足，将引起排气温度高，严重时烧毁压缩机轴承3、过滤 / 分离油系统第一讲 压缩空气生产1油分离器:将润滑油从压缩空气中分离出来确保润滑油留在系统中降低用户空气管道中的含油量分离后含油量指标 8ppm （相当于10mg/m3)日常检查维护：每23小时检查压差指示装置或显示数据： 到更换值时及时更换新油分离器 更换不及时造成排气压力太高，将

8、引起排气温度高，严重时油分离器芯压扁或穿透失效（油被空气大量带走，油位下降）第一讲 压缩空气生产1SCAVENGE回油管第一讲 压缩空气生产1油过滤器和回油节流孔第一讲 压缩空气生产1日常检查维护： 每月检查回油过滤器和回油节流孔的堵塞情况，避免回油不畅，分离出来的油又被空气带走回油管作用第一讲 压缩空气生产14、过滤空气系统空气过滤器:3 微米（m）等级初过滤空气保持进压缩机空气干净，避免污染油和对压缩机的尘粒磨损日常检查维护：每23小时检查压差指示装置或显示数据： 到更换值时及时更换新过滤器 更换不及时造成吸气不足第一讲 压缩空气生产1二、贮气罐第一讲 压缩空气生产1主要作用控制空压机超负

9、荷运行，减弱压缩空气压力波动。进一步分离空气中的水分和油污日常检查维护： 每2小时检查贮气罐底部排水（油污）管的排水（油污）情况： 有水（油污）排出为正常； 无水（油污）排出时有微量气排出为正常； 无水（油污）无气排出时为异常堵塞，需拆检除油器和管道三、除油器或精密过滤器 在压缩空气净化流程中用得较多的分离器是高效除油器。高效除油器一般集离心沉降（螺旋分离）、预过滤和凝聚式精过滤三级净化为一体，能高效除水、除油、滤尘，使压缩空气的净化工艺流程得以缩短，再经后处理的精密过滤器，其过滤精度可达，残油含量可小于，使气源净化质量得到了可靠的保证。第一讲 压缩空气生产1日常检查维护：每2小时检查除油器各

10、排水（油污）管的排水（油污）情况，要求： 有水（油污）排出为正常； 无水（油污）排出时有微量气排出为正常； 无水（油污）无气排出时为异常堵塞，需拆检除油器和管道三、除油器或精密过滤器第一讲 压缩空气生产1第一讲 压缩空气生产1四、 冷冻式干燥器或吸附式干燥器干燥设备的分类 按干燥原理分为冷冻式干燥机、吸附式干燥机以及冷冻和吸附组合在一起的集装式干燥机； 要求露点温度2 以上时选冷冻式干燥机，要求露点温度低于2 时选吸附式干燥机 冷冻式干燥机按冷却方式分风冷型和水冷型两种； 吸附式干燥机分无热再生吸附式干燥机和微热再生吸附式干燥机、有热再生吸附式干燥机。 进气压力以上时选无热再生吸附式干燥机，进

11、气压力低于时只能选有热再生吸附式干燥机第一讲 压缩空气生产1 压缩机 压力表 气水分离器 储液器 蒸发器 冷凝器 节流阀 自动排水器 压缩空气进口热气旁通阀 高低压保护开关 干燥过滤器 干燥空气出口 预冷回热器1、冷冻式干燥机系统流程图 第一讲 压缩空气生产1冷冻式干燥器工作原理 压缩空气流入热交换器与从蒸发器排出来的冷空气进行热交换，使进入蒸发器的压缩空气的温度降低。降温后的压缩空气流入蒸发器与制冷剂热交换，压缩空气中的热量被制冷剂带走，压缩空气迅速冷却，潮湿空气中的水份达到饱和温度迅速冷凝，冷凝后的水分经凝聚后形成水滴，经过独特气水分离器高速旋转，水分因离心力的作用与空气分离，分离后水从自

12、动排水阀处排出。经降温后的空气压力露点最低可达2。由于受0 冰点的限制，冷冻式干燥器的露点温度均在0 以上，一般在210 。制备露点温度在0 以下的压缩空气必须采用吸附式干燥器。第一讲 压缩空气生产1 降温后的冷空气流经空气热交换与入口的高温热空气进行热交换，经热交换的冷空气因吸收了入口空气的热量提升了温度，降低了相对湿度，确保出口空气管路（送车间气）不结露、无凝水。同时充分利用了出口空气的冷源对进口空气预冷，减少了冷冻式干燥器的冷负荷，保证了冷冻系统的冷凝效果，确保了机组出口空气的质量。 冷干机的基本参数：1、额定处理气量：折算到进气状态（大气温度0，压力1*105pa）下的流量。2、进气温

13、度：进气温度高不但直接加重了冷干机的热负荷，而且也增添了进气中的水分含量。3、工作压力：进气温度一定情况下，压力越低的空气含水量越大。冷干机在进气压力越高、温度越低时干燥效果越好第一讲 压缩空气生产1冷冻式干燥器（简称冷干机）进行空气冷却干燥的三大组成部分：1、预冷器：空气-空气换热器。通过将进冷干机的湿热空气与出冷干机的干冷空气换热：A、减轻蒸发器的热负荷，提高热利用效率，降低电耗；B、提高供车间气源的温度，降低相对湿度，避免送气过程中管内凝水、管外结露。2、蒸发器：是空气冷却干燥的关键部件。大多采用水平放置的干式蒸发器，制冷剂走管程，压缩空气走壳程。3、气水分离器（含排水器）：安装在蒸发器

14、和预冷器之间，经蒸发器冷却后的湿空气有凝水析出，如不进行气水分离，进入预冷器后，被进冷干机的湿热空气加热部分凝水又二次蒸发返回空气，提高了露点 第一讲 压缩空气生产1温度，没蒸发的水也随着空气带到用户去，起不到干燥作用。气水分离器将蒸发器出来的凝水分离积聚到分离器底部，通过自动排水器排出。我们常用的自动排水器为电子时间控制式。日常检查维护：1、每2小时检查冷干机自动排水器定时排水（油污）情况，要求： 定时有水（油污）排出为正常； 定时无水（油污）排出时有微量气排出为正常； 定时无水（油污）无气排出时为异常堵塞，需拆检除油器和管道2、检查进气温度和压力：进气温度越低，干燥效果越好。可以通过降低气

15、源机出口温度来提高冷干机的干燥效果。第一讲 压缩空气生产12、吸附式干燥机系统流程图 2、梭阀 3、再生风量调节阀 5、切换阀（气动阀或电磁阀）6、消音器第一讲 压缩空气生产1 工作原理 无热（微热）再生吸附式压缩空气干燥机是利用干燥剂材料本身所特有的微孔，根据毛细作用吸附空气中的水分子，同时根据卸压脱附和吸附余热升温（或采用微加热）来脱去所吸附的水份。设备一般制成双筒形式，在程序控制的控制下，两筒交替工作，一筒吸附水分，另一筒解吸再生，连续循环地工作。常用吸附剂：活性氧化铝（Al2O3H20) 分子筛 硅胶（SiO2H20) 吸附干燥露点温度可达-40 以下 硅胶（SiO2H20)因强度低，

16、易破裂，使用的不多。第一讲 压缩空气生产1活性氧化铝不易破碎、强度大，一般首选为活性氧化铝。对要求露点温度低于-60 的，只能使用分子筛。吸附剂的基本要求：1、比表面积大。吸附剂颗粒内部有发达的网格结构的微孔通道，提高吸附的表面积。可减少吸附剂填充量。2、吸附力小。易脱附，且脱附后被吸附物残留少。3、与吸附物之间无相互破坏作用。一是吸附剂本身无变化（强度不降低、微孔不堵塞、颗粒不解体）、二是不与被吸附物不发生化学反应。4、耐压耐磨，能再生和多次使用5、动态吸附量大。活性氧化铝4%6%，分子筛8%15%。我们现用的为3A分子筛，型号HBZY-3A，填充量480kg/台。 第一讲 压缩空气生产1

17、吸附:发生在气体-固体界面上，当气体分子运动到固体表面时，由于分子间的作用力，气体分子被暂时滞留在固体表面或间隙内，造成固体表面或间隙内气体浓度大。固体表面与气体分子间作用力分为物理吸附和化学吸附。 物理吸附主要靠范德华力起作用，吸引力较小，被吸附的气体分子易从固体表面脱附。因此物理吸附一般是双向的，可脱附的。我们的吸附式干燥器、制氮机均是物理吸附。 吸附过程是自发进行的，而脱附不能自发进行，需要外界能量的介入才能完成。变压吸附中需要降压、变温吸附中需要升温。 第一讲 压缩空气生产1第一讲 压缩空气生产1 影响吸附干燥器露点的因素：1、吸附剂：活性氧化铝和分子筛一般都能满足生产要求，但首选活性

18、氧化铝，一是物理性能（强度、耐磨性等）好，二是再生温度低，再生能耗小。但要求露点温度低于-60 的，只能使用分子筛。2、进气压力：进气压力小，气流速度大，吸附剂与气体接触时间短，吸附不充分，露点温度高。如接触时间，露点温度-55 ，但接触时间时，露点温度-40 . 进气压力越高，吸干机的干燥效果越好。3、进气温度：进气温度高，吸附剂的吸附量小。活性氧化铝在25 时的吸附能力比75 大23倍。 进气温度越低，吸干机的干燥效果越好。第一讲 压缩空气生产14、吸附周期：一般来说，吸附周期越短，干燥效果越好。进气温度38 ，吸附周期为10分钟时露点温度为-40 ，当吸附周期为4分钟时露点温度为-73

19、.但吸附周期短，气体损耗量将加大。5、吸附剂劣化：使吸附剂劣化的原因： A、在交变压力作用下，吸附剂颗粒粉化、颗粒内部微孔被堵塞，使比表面积减少 B、受液态水浸蚀作用粉化 C、受油类物质污染失去吸附活性 D、在高温下长期加热再生，吸附剂表面产生碳沉积 E、化学反应使吸附剂晶体结构遭到破坏 第一讲 压缩空气生产1第一讲 压缩空气生产1A、第一讲 压缩空气生产1B、第一讲 压缩空气生产1C、D、第一讲 压缩空气生产1五、压缩空气生产流程 ：大气 空气过滤器 压缩机 油分离器 后冷却器 过滤尘埃 分离油 降温排水、由 冷冻式干燥器 贮气罐 除水（油）器 吸附式干燥器 吸附水蒸汽分离水分离油、水降温排

20、水第一讲 压缩空气生产1第二讲 变压吸附氮气生产2空气的组成 地面的大气是多种气体的混合物，其中：氮78%、氧21%、氩0.93%、二氧化碳0.03%、氖0.0018%，此外还有其他惰性气体、臭氧、水气和尘埃等。由于环境污染，目前空气还含有二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳等有毒气体。第二讲 变压吸附氮气生产2氮气性质氮气是空气的主要成分，在室温和大气压力下是无色、无味、无毒和不可燃的气体，沸点为-195.8，含量78.09%，其化学性质不活泼，属于惰性气体。制药企业氮气主要用途 做工艺保护气 作为物料输送的动力（防爆）车间设备的打压、吹扫（防爆）三合一压滤机压滤。第二讲 变压吸附氮气生产2生产现场

21、制氮 现场制氮是指用户自购制氮设备制取氮气目前国内外工业规模制氮有三类：深冷空分制氮、变压吸附制氮和膜分离制氮。 深冷空分制氮是一种传统的制氮方法，已有九十余年的历史。它是以空气为原料，经过压缩、净化，再利用冷冻降温使空气液化成为液空。液空主要是液氧和液氮的混合物，利用液氧和液氮的沸点不同(在1大气压下，前者的沸点为-183，后者的为-196)，通过液空的精馏，使它们分离来获得氮气第二讲 变压吸附氮气生产2膜分离制氮是八十年代国外迅速发展的又一种新型制氮技术，在国内推广应用是最近几年的事。膜分离制氮的基本原理是以空气为原料，在一定压力条件下，利用氧和氮等不同性质的气体在膜中具有不同的渗透速率来

22、使氧和氮分离。第二讲 变压吸附氮气生产2变压吸附制氮是以空气为原料，以碳分子筛作为吸附剂，运用变压吸附原理，利用碳分子筛对氧和氮的选择性吸附而使氮和氧分离的方法。此法是七十年代迅速发展起来的一种新的制氮技术，目前制氮技术非常成熟。变压吸附制氮PSA（Pressure Swing Adsorption） 第二讲 变压吸附氮气生产2氧、氮两种气体分子在分子筛表面上的扩散速率不同，直径较小的气体分子（O2）扩散速率较快，较多的进入碳分子筛微孔，直径较大的气体分子（N2）扩散速率较慢，进入碳分子筛微孔较少。利用碳分子筛对氮和氧的这种选择吸附性差异，导致短时间内氧在吸附相富集，氮在气体相富集，如此氧氮分

23、离，在PSA条件下得到气相富集物氮气。一段时间后，分子筛对氧的吸附达到平衡，根据碳分子筛在不同压力下对吸附气体的吸附量不同的特性，降低压力使碳分子筛解除对氧的吸附，这一过程为再生。变压吸附原理第二讲 变压吸附氮气生产2变压吸附原理第二讲 变压吸附氮气生产2由左边的吸附曲线可以看出，吸附压力的增加，可使O2、N2的吸附量同时增大，且O2的吸附量增加幅度要大一些（最佳吸附压力为）。从右边的吸附动力学曲线可看出，在10 min内，O2的吸附速度（曲线陡）在短时间内大大超过N2的吸附速度，O2的吸附量在短时间内大大超过N2的吸附量（约是9倍）；超过10 min ，O2的吸附速度变慢（曲线变缓），而N2

24、的吸附速度保持不变。一般为保证分离纯度和产气效率，综合选定最佳吸附时间为12min。 从吸附曲线也可看出，当吸附压力下降时，可使O2、N2的吸附量同时减少（接近0），从而将碳分子筛中吸附的O2释放出来，完成解吸再生的过程，为下一次吸附做好准备。 第二讲 变压吸附氮气生产2N2N2供应第二讲 变压吸附氮气生产2优点：与传统制氮法相比，它具有工艺流程简单、自动化程度高、产气快(1530分钟)、能耗低，产品纯度可在较大范围内根据用户需要进行调节，操作维护方便、运行成本较低、装置适应性较从强等特点，故在2000Nm3h以下制氮设备中颇具竞争力，越来越得到中、小型氮气用户的欢迎，PSA制氮已成为中、小型

25、氮气用户的首选方法。国内外同行目前一般用PSA制氮技术可制取9999的纯氮，纯度更高从PSA制氮技术上是可能的，但制作成本太高，所以用非低温制氮技术制取高纯氮还必须加后级纯化装置。 第二讲 变压吸附氮气生产2制氮气流程：（以A吸附塔工作、B吸附塔再生为例）空气净化系统 气源气 (过滤器FC级、FT级、FA级、FH级) 气动阀F1 开 消音器排空 B吸附塔再生 气动阀F4、F3、F7关氮气分析仪 氮气储罐1 A吸附塔工作 气动阀F2、F5、 F6、 F8开 不合格 气动阀F9开、气动阀F10关，排空 合格 气动阀F9关、气动阀F10开 调压、调流量阀 氮气储罐2 第二讲 变压吸附氮气生产2进气过

26、滤器：四级过滤，过滤滤除空气中水、油、尘粒等吸收塔：由双塔组成，一塔吸附，一塔解吸。实现连续供气，内部填充碳分子筛，主要吸收空气中氧气，供应95%氮气。氮气储罐：储存氮气，稳压作用。 变压吸附制氮主要设备第二讲 变压吸附氮气生产2 四级过滤器：滤除气源气中夹带的润滑油、杂质、水分，提高吸附塔内碳分子筛的寿命和吸附效果。微量油吸附到吸附剂上会引起吸附剂中毒、失效。FC级离心式油水分离器：完全过滤3及更大的固态离子，去除99%的水分，40%的油雾。进口气体中水蒸汽允许达25000ppm。当压差超过时需换滤芯。FT级主管路过滤器：完全过滤1及更大的固态离子，去除100%的水分，70%的油雾。进口气体中水蒸汽允许达2000ppm。当压差超过时需换滤芯。FA级微油雾过滤器：完全过滤及更大的固态离子，去除99.999%的油雾。当压差超过时需换滤芯。FH级微油雾过滤器：精密的活性炭过滤器，残油率达。完全过滤及更大的固态离子，去除99.999%的油雾。当压差超过时需换滤芯。自动排水器：现设定20分钟排空一次，每次2秒。第二讲 变压吸附氮气生产2分子筛的概念：具有规则的微孔（2nm）孔道结构的物质，又叫微孔化合物。 要求：具有