碳分子筛变压吸附提纯氮气答案

实验报告评分标准实验名称碳分子筛变压吸附提纯氮气班级姓名学号成绩实验周次同组成员一．实验预习1、实验概述（阐明实验目的、原理、流程装置；写清步骤、所要采集的数据；列出化学品、器材清单；分析实验过程危险性）（10 分）实验目的：1 分原理阐述：2 分穿透曲线：2 分流程装置：2 分实验步骤：2 分分析实验过程危险性：1 分2、预习思考（5 分）共 5 题，错一题扣 1 分完整度和认真度：0.5 分3、方案设计（5 分）实验方案设计题目如何从系统中回收提纯的氧气？用预先抽好负压的储罐代替真空泵进行解吸。

有文字叙述：3 分有流程示意图：2 分二．实验过程1、原始记录（要求：记录操作条件、原始数据，注意有效数字、单位格式）（10 分）操作条件：2 分原始数据：8 分表格是否规范：-1 分2、实验现象（5 分）开车阶段：1 分平衡阶段：1 分吸附过程：1 分解吸过程：1 分停车阶段：1 分实验现象描述是否观察认真：-0.5 分三．实验数据处理（10 分）1、数据处理方法（计算举例、计算结果列表）（6 分）标准体积转换计算举例：2 分动态吸附容量计算举例：2 分2、数据处理结果（4 分）标准体积转换计算结果列表：2 分动态吸附容量计算结果列表：2 分穿透曲线绘制：2 分计算结果有误：-2 分四．结果讨论（实验现象分析、误差分析、实验结论）（20 分）实验现象分析：10 分误差分析：5 分实验结论：5 分实验报告评分表：指导教师审阅意见：优秀100—90 良好89—76 合格75—60 不合格59—0教师签名：日期：。

变压吸附实验报告篇一：分子筛变压吸附研究报告院级本科生科技创新项目研究报告项目名称变压制富氧分子筛延长寿命的研究立项时间XX年10月计划完成时间 XX年12月项目负责人储万熠学院与班级冶金与生态工程学院冶金1302班北京科技大学教务摘要变压吸附制氧关键的因素是制氧吸附剂和制氧工艺。

制氧吸附剂的性能优劣和使用寿命直接影响产品气的氧浓度和收率，氮吸附容量是评价制氧吸附剂性能优劣的一项重要指标。

本课题首先对分子筛进行XRF分析、XRD表征和TEM 表征探究分子筛的物理及化学性质，确定对分子筛造成影响的条件。

ANSYS FLUENT中的多孔介质模型可以模拟多孔介质内的流体流动、“三传一反”。

PSA空分吸附床由固体吸附剂颗粒填充而成，气-固两相区可作为多孔介质，因此可基于多孔介质模型对变压吸附空分吸附床进行模拟，从而得到床层内气体的流动状态和组分浓度分布情况。

为研究提高分子筛寿命的研究提供可靠有效的实验数据。

Research of Prolong the Life ofPressure-Swinging-Oxygen-Making Molecular Sieve AbstractThe keyfactorof thepressure swinging oxygen making is oxygen adsorbentandoxygenprocess. The quality and service life of oxygen adsorbentdirect impact on the oxygenconcentrationandyield of productgas, nitrogen adsorptioncapacity ofthe oxygensorbentperformanceevaluation ofthe meritsofan important indicator.This paperfirstdo XRFanalysis, XRDandofmolecular TEMcharacterization sieveinquiryto ofphysicalandchemicalproperties theimpact onmolecular determinesievesconditions.The porous medium model in ANSYS FLUENT can simulate fluid flow in porous media. PSA air separation adsorbent bed is filled by a solid sorbent particles, gas - solid two phase region as a porous medium, thus can simulate the pressure swing adsorption airseparation adsorbent bed based on the porous medium model, resulting in the flow state within the bed of gas and component concentration distribution for providing valid and reliable experimental data of improving molecular sieve’s life.目录1引言 ................................................ ................................................... (1)1.1课题研究背景................................................. .. (1)1.2课题研究目的及意义 ................................................ (1)2原矿矿物学分析 ................................................ . (2)2.1分子筛XRF分析 ................................................ (2)2.2 分子筛XRD表征 ................................................ (3)2.3 分子筛TEM表征 ................................................ .. (5)2.4 分子筛孔隙率实验 ................................................ (6)2.4.1 失活实验 ................................................ . (6)2.4.2 活化实验 ................................................ . (6)2.4.3 差热曲线 ................................................ . (7)3 ANSYS FLUENT模拟 ................................................ (8)3.1 模型建立 ................................................ (8)3.2 模拟结果 ................................................ . (11).............................................. . (11)3.2.2 速度云图 ................................................ . (11)3.2.3 温度云图 ................................................ . (12)4 FLUENT模拟结论 ................................................ . (12)参考文献 ................................................ .. (12)1 引言1.1 课题研究背景变压吸附制氧关键的因素是制氧吸附剂和制氧工艺。

氮的理化性质氮的理化性质氮的理化性质：1.在常温常压下，氮是无色无味无嗅的惰性气体。

氮在空气中约占78.1%。

液态氮也是无色无嗅，比水轻。

在空气中不燃烧。

常温下呈惰性，但在高温高压下有催化剂时与氰化物合成氨。

2.减压放电可得到活性氮。

在高温与金属化合成氮化物(Mg3N2，Cu3N2等)。

在1000℃与碳化钙反应生成氨晴钙。

3.微溶于水、酒精和醚。

在25℃、101.325kpa时的溶解度在甲醇中为16.45mL/100mL、在乙醇中为14.89mL/100mL，在乙醚中为29.30mL/100mL，在水中的溶解度为0.02354mL/g（0℃），0.01258mL/g （30℃），0.01023mL/g（60℃）。

4.氮的分子量为28.0134，熔点（三相点，12.53kPa）是-210.0℃，液体密度（-210.0℃，12.534kPa）为869.5kg/m³，导热系数（100kPa，280K）是0.02447W/（M-K）。

毒性：氮本身无毒，无刺激性，吸入的氮气任以原形通过呼吸道排出。

然而，空气中含氮量增加会造成氧的稀释，影响人的正常呼吸。

高浓度的氮气可引起窒息。

液氮接触皮肤能引起了冷烧伤。

吸入高浓度氮气的患者应迅速转移到空气新鲜处，安置休息并保持温暖。

皮肤接触液氮时立即用水冲洗，如果产生冻疮，须就医诊治。

安全防护：氮气要用受压钢瓶存储，液氮要用绝热容器、槽车贮运。

氮无腐蚀性，容器材料在常温下可使用碳钢、不锈钢、铜、铜合金、铝等通用金属和普通的塑胶材料；对液氮可使用镍钢(90%Ni)、不锈钢、铜、黄铜和贵青铜。

在低温下可使用聚四佛乙烯和聚三佛氯乙烯聚合体。

当出现火情时，氮气可以用来灭火，但禁止往液氮容器中灌氮气的水。

废气可排入大气中。

变压吸附碳分子筛空分氮优点：空气中的氧和氮的分离，一般采用深冷空分法。

然而，深冷空分装置（俗称制氧机）复杂，投资费用大、需要熟练的操作人员。

而且，开车后往往需要10小时左右才能生产出合格的产品氮气。

浅谈变压吸附制氮技术及其应用摘要：随着科学技术的发展，变压吸附技术逐步引入制氮过程，并发挥着越来越重要的作用。

本文重点阐述了变压吸附制氮技术要点和应用，并结合工作经验对其发展方向进行了分析，希望能为同行研究人士带来参考价值。

关键词：变压吸附；制氮技术；应用引言氮气在化工生产中的应用越来越普遍，如易燃易爆物料的惰性保护、特殊物料的防氧化、储罐及容器的冲氮排氧、化纤、精细化工、石油化工等过程，氮气浓度要求一般在98%以上。

工业上大规模制氮装置一般是利用传统的深冷法。

该法是把空气深冷液化，利用氧和氮的沸点不同，进行精馏分离提取，特点是制氮量大，氮气纯度高，但工艺流程较复杂，设备制造、安装、调试等要求高，投资多，设备占地面积大，适用于大规模集中制氮的场合。

一、变压吸附制氮技术的原理变压吸附技术，简称PSA。

变压吸附制氮技术的原理，简单来说，就是利用吸附剂于不同压力的吸附容量不同而实现不同气体的吸附，从而实现氮、氧分离。

也就是说利用吸附剂对于气体分子的物理吸附作用，通过调节压力大小从而实现对物系的有效分离。

当气体分子经过固体表面时，因固体表面分子作用，气体分子会聚集于固体表面，致使固体表面气体分子浓度加大，此为吸附过程；若将压力减小，固体表面气体分子就会得到释放，重新返回气体当中，此时吸附剂就得到重生，可实现持续吸附作用。

二、变压吸附制氮技术的类型变压吸附制氮技术的分型主要以吸附剂为标准，主要有碳分子筛制氮技术和沸石分子筛制氮技术。

碳分子筛，简称CMS，是一种非极性速度分离性吸附材料，其生产原料为煤，并利用纸张进行粘结，通过一定加工而形成活性炭。

活性炭表面拥有大量微孔晶体，可作为一种半永久吸附剂来使用。

在利用活性炭作为制氮过程的吸附剂时，因碳分子筛上的氧气其扩散速度相比于氮气来说要快得多，因此碳分子筛可吸收大量氧气，最终留下多数氮气通过碳分子筛自吸附塔流出，从而得到所需高浓度气体——氮气。

沸石，简称ZMS，是一种硅铝酸盐晶体，具普通晶体结构及特征。

psa 制氮系统的组成及应用PSA 制氮系统是以空气为原料，利用一种高效能、高选择的固体吸附剂(碳分子筛)对氮和氧发挥选择性吸附作用，把空气中的氮和氧分离开来的技术设备。

变压吸附法通常使用两塔并联，交替进行加压吸附和降压再生，从而获得连续的氮气。

一、PSA 制氮系统组成一个完整的氮气制取系统包括：空气压缩机(组)—压缩空气净化组件—空气储罐—PSA 制氮装置—氮气缓冲罐—氮气储罐(低压)—氮气增压系统—氮气储罐(高压)。

二、制氮机选型制氮机选型涉及的问题较多，首先要做好前期市场调研，确定具体的型号规格前(产氮气量、氮气纯度、出口压力及露点等)，主要对制氮机的性能和特点作出全面的比较分析，同时要根据本地的工作环境作出正确选择。

三、制氮机的生产运行电气控制系统按特定程序控制时序，交替进行加压吸附和解压再生，产气过程自动运行，氮气流量压力纯度可调并连续显示。

制氮机的应用作为一种可靠高效的氮气生产设备,制氮机目前已经在诸多领域得到了广泛的应用。

它提供的纯净稳定的氮气流可应用于工业生产中气氛控制和工艺保护,也是实验室精确检测不可或缺的气源,在医药生产和食品加工中发挥着独特的保护作用,以及帮助调节和优化化学反应条件。

在日常生产和生活场景中,制氮机产生的氮气无处不在,它像一个默默守护者,使许多工业过程更安全可靠,产品质量更出色。

工业应用：用于氮气保护焊接、气动传动、气调包装等。

在各种工业制造过程中,制氮机提供的氮气都是一种非常有效的保护气体。

像是焊接时,氮气可形成一个保护层,防止金属敞口处遭受空气氧化;电镀和热处理工序也都需要浸泡在氮气环境中,让工件表面免受氧化腐蚀。

对于精密机械设备,轻轻一吹氮气就可形成防尘防污的气体屏障,有效减少灰尘微粒对精密部件的污染。

在一些危险环境中,用氮气驱动的气动工具更加安全可靠,不像电动工具会产生火花。

制氮机产出的氮气还可取代一些大型设备中的液压系统,提供简单高效的气动传动。

我们吃的方便面、喝的果汁,许多都借助食品级的纯氮气来实现气调包装,通过氮气调节产品内部气体成分,达到更好的保鲜和延长有效期的目的。

2018期末复习（4）答案1、氮气是一种重要的工业原料，广泛应用于化肥等工业。

工业常用PSA 变压吸附制氮气，某学习小组查阅到相关制氮气工艺流程，并展开学习，请回答相关问题：（1）吸附塔中碳分子筛具有吸附性，这种性质是 （填“化学．．”、“物理．．”）性质， （2）根据资料，碳分子筛再生的方法是 。

（3）相比分离液态空气制氮气，该工艺的优点是 。

（4）氮气可作食品保护气，是因为氮气化学性质 （填“稳定．．”、“活泼．．”）。

【答案】（1）物理（2）降低吸附塔中压强（气压），利用氮气吹扫，使被吸附气体和碳分子筛分离（3）无需将空气液化，节约能源；且碳分子筛可以重复使用，成本低廉（4）稳定2.【17安徽】某研究小组为探究“影响铁制品锈蚀快慢的因素”，取同浓度的稀氨水和稀醋酸用下图装置完成表中实验，回答下列问题。

（（1）铁锈的主要成分是__________（填化学式）。

（2）实验②和④可探究_________ 因素对铁制品锈蚀快慢的因素；欲探究试剂酸碱性对铁制品锈蚀快慢的影响，应选择的实验是________（填实验序号）。

（3）根据表中实验现象得出的结论是 （写出1 点即可）。

（4）影响铁制品锈蚀快慢受除上述因素外，还有 （写出1 点即可），请设计实验方案 。

3.【17乌鲁木齐】化学实验小组的同学在用锌粒与右图硫酸溶液（试剂瓶标签部分腐蚀）反应时。

发现有气泡产生，并闻列有刺激性气味。

他们对此气体的成分进行了探究．【提出问题】锌粒加入该硫酸溶液反应生成的气体是什么？【查阅资料】①浓硫酸与锌反应，但不产生氢气，也不会产生氧气。

能生成二氧化硫气体；②有刺激性气味，易溶于水，能使品红（一种红色色素）溶液褪色。

【猜想与假设】甲同学认为：气体可能是H2；乙同学认为：气体可能是SO2；丙同学认为：气体还可能是_____。

【实验探究】为了验证上述猜想，同学们在老师的指导下设计了如下图的装置（部分夹持器材略去，假设每个能发生的反应都进行完全）进行探究：（1）图I中a仪器的名称是______，图II中D处气体发生装置可选图I中的____（填字母序号）。

PSA变压吸附制氮原理制氮机制氮机，是指以空气为原料，利用物理方法将其中的氧和氮分离而获得氮气的设备。

根据分类方法的不同，即深冷空分法、分子筛空分法(PSA)和膜空分法，工业上应用的制氮机，可以分为三种。

制氮机是按变压吸附技术设计、制造的氮气设备。

制氮机以优质进口碳分子筛（CMS）为吸附剂，采用常温下变压吸附原理（PSA）分离空气制取高纯度的氮气。

通常使用两吸附塔并联，由进口PLC控制进口气动阀自动运行，交替进行加压吸附和解压再生，完成氮氧分离，获得所需高纯度的氮气。

中文名制氮机含义制取氮气的机械组合工作原理利用碳分子筛的吸附特性主要分类深冷空分，膜空分，碳分子筛空分、1工作原理1. ▪ PSA变压吸附制氮原理2. ▪深冷空分制氮原理3. ▪膜空分制氮原理工作原理PSA变压吸附制氮原理碳分子筛可以同时吸附空气中的氧和氮，其吸附量也随着压力的升高而升高，而且在同一压力下氧和氮的平衡吸附量无明显的差异。

因而，仅凭压力的变化很难完成氧和氮的有效分离。

如果进一步考虑吸附速度的话，就能将氧和氮的吸附特性有效地区分开来。

氧分子直径比氮分子小，因而扩散速度比氮快数百倍，故碳分子筛吸附氧的速度也很快，吸附约1分钟就达到90%以上；而此时氮的吸附量仅有5%左右，所以此时吸附的大体上都是氧气，而剩下的大体上都是氮气。

这样，如果将吸附时间控制在1分钟以内的话，就可以将氧和氮初步分离开来，也就是说，吸附和解吸是靠压力差来实现的，压力升高时吸附，压力下降时解吸。

而区分氧和氮是靠两者被吸附的速度差，通过控制吸附时间来实现的，将时间控制的很短，氧已充分吸附，而氮还未来得及吸附，就停止了吸附过程。

因而变压吸附制氮要有压力的变化，也要将时间控制在1分钟以内。

深冷空分制氮原理分子筛制氮机工艺流程图深冷制氮不仅可以生产氮气而且可以生产液氮，满意需要液氮的工艺要求，并且可在液氮贮槽内贮存，当出现氮气间断负荷或空分设备小修时，贮槽内的液氮进入汽化器被加热后，送入产品氮气管道满意工艺装置对氮气的需求。

氮的理化性质氮的理化性质氮的理化性质：1.在常温常压下，氮是无色无味无嗅的惰性气体。

氮在空气中约占78.1%。

液态氮也是无色无嗅，比水轻。

在空气中不燃烧。

常温下呈惰性，但在高温高压下有催化剂时与氰化物合成氨。

2.减压放电可得到活性氮。

在高温与金属化合成氮化物(Mg3N2，Cu3N2等)。

在1000℃与碳化钙反应生成氨晴钙。

3.微溶于水、酒精和醚。

在25℃、101.325kpa时的溶解度在甲醇中为16.45mL/100mL、在乙醇中为14.89mL/100mL，在乙醚中为29.30mL/100mL，在水中的溶解度为0.02354mL/g（0℃），0.01258mL/g （30℃），0.01023mL/g（60℃）。

4.氮的分子量为28.0134，熔点（三相点，12.53kPa）是-210.0℃，液体密度（-210.0℃，12.534kPa）为869.5kg/m³，导热系数（100kPa，280K）是0.02447W/（M-K）。

毒性：氮本身无毒，无刺激性，吸入的氮气任以原形通过呼吸道排出。

然而，空气中含氮量增加会造成氧的稀释，影响人的正常呼吸。

高浓度的氮气可引起窒息。

液氮接触皮肤能引起了冷烧伤。

吸入高浓度氮气的患者应迅速转移到空气新鲜处，安置休息并保持温暖。

皮肤接触液氮时立即用水冲洗，如果产生冻疮，须就医诊治。

安全防护：氮气要用受压钢瓶存储，液氮要用绝热容器、槽车贮运。

氮无腐蚀性，容器材料在常温下可使用碳钢、不锈钢、铜、铜合金、铝等通用金属和普通的塑胶材料；对液氮可使用镍钢(90%Ni)、不锈钢、铜、黄铜和贵青铜。

在低温下可使用聚四佛乙烯和聚三佛氯乙烯聚合体。

当出现火情时，氮气可以用来灭火，但禁止往液氮容器中灌氮气的水。

废气可排入大气中。

变压吸附碳分子筛空分氮优点：空气中的氧和氮的分离，一般采用深冷空分法。

然而，深冷空分装置（俗称制氧机）复杂，投资费用大、需要熟练的操作人员。

而且，开车后往往需要10小时左右才能生产出合格的产品氮气。

实验十五碳分子筛变压吸附提纯氮气利用多孔固体物质的选择性吸附分离和净化气体或液体混合物的过程称为吸附分离。

吸附过程得以实现的基础是固体表面过剩能的存在，这种过剩能可通过范德华力的作用吸引物质附着于固体表面，也可通过化学键合力的作用吸引物质附着于固体表面，前者称为物理吸附，后者称为化学吸附。

一个完整的吸附分离过程通常是由吸附与解吸（脱附）循环操作构成，由于实现吸附和解吸操作的工程手段不同，过程分变压吸附和变温吸附，变压吸附是通过调节操作压力（加压吸附、减压解吸）完成吸附与解吸的操作循环，变温吸附则是通过调节温度（降温吸附，升温解吸）完成循环操作。

变压吸附主要用于物理吸附过程，变温吸附主要用于化学吸附过程。

本实验以空气为原料,以碳分子筛为吸附剂，通过变压吸附的方法分离空气中的氮气和氧气，达到提纯氮气的目的。

A 实验目的（1） 了解和掌握连续变压吸附过程的基本原理和流程； （2） 了解和掌握影响变压吸附效果的主要因素；（3） 了解和掌握碳分子筛变压吸附提纯氮气的基本原理； （4）了解和掌握吸附床穿透曲线的测定方法和目的。

B 实验原理物质在吸附剂（固体）表面的吸附必须经过两个过程：一是通过分子扩散到达固体表面，二是通过范德华力或化学键合力的作用吸附于固体表面。

因此，要利用吸附实现混合物的分离，被分离组分必须在分子扩散速率或表面吸附能力上存在明显差异。

碳分子筛吸附分离空气中N 2和。

2就是基于两者在扩散速率上的差异。

N 2和。

2都是非极性分子, 分子直径十分接近（。

2为0.28nm,也为0.3nm ）,由于两者的物性相近，与碳分子筛表面的结合力 差异不大，因此，从热力学（吸收平衡）角度看，碳分子筛对N 2和。

2的吸附并无选择性，难于使两者分离。

然而，从动力学角度看，由于碳分子筛是一种速率分离型吸附剂，N 2和。

2在碳分子筛微孔内的扩散速度存在明显差异，如：35c 时，O 2的扩散速度为2.0X06,O 2的速度比N 2快30倍，因此当空气与碳分子筛接触时，。

PSA N2制氮工艺流程PSA N2PROCESS GENERATION苏州市高普超纯气体技术有限公司SUZHOU GASPU ULTRA-PURIFICATION GAS TECH CO. LTDAir Supply System空气供给系统Ambient air is compressed and purified.The oil,water and dust content presentin the compressed air are removed.环境空气经压缩净化，除去压缩空气中的油，水和灰尘。

PSA N2 Generation System变压吸附制氮系统The Process 工艺Compressed and purified air flows through an adsorber vessel which is filled with carbon molecular sieve (CMS).When passing the adsorber vessel from the bottom to the top,oxygen molecules are adsorbed on the surface of the CMS and nitrogen enriched gas leaves the adsorber vessel, this product gas is led into a buffer tank.经压缩净化后的空气流经装填有碳分子筛（CMS）的吸附塔。

压缩空气由下至上流经吸附塔，其间氧分子在碳分子筛表面吸附，氮气由吸附塔上端流出，进入一缓冲罐。

After a centain time the CMS in adsorber vessel is saturated with oxygen and needs to be regenerated. For regeneration the adsorption cycle is stopped and the pressure in the adsorber vessel is released. To guarantee a continuous nitrogen supply, a second adsorber vessel is utilised.whilst one adsorber is in regeneration or socalled desorption mode, the second vessel is in adsorption mode. Since adsorption and desorption are achieved by alternating pressures in the adsorber vessels, this process is called pressure swing adsorption(PSA).经一段时间后，吸附塔中碳分子筛被所吸附的氧饱和，需进行再生。