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1、原始设计数据：产气量500 m3/h,纯度99.9%,HTCMS-220型碳分子筛解 :从优化设计的角度出发，考虑生产成本和设备能耗等因素，根据经验， 选定PSA系统(变压吸附)，工作压力P1=08MPa，温度T仁25 C。工作压 力在0.8MPa时，HTCMS-220型碳分子筛分子筛的产氮率K =160 NL/kg ,氮气回收 率 n34%(N2/Air)。1、 压缩空气耗气量Qa的计算(空气中的氧气含量为20.9%)Qa = (Qn x C) / (78% Xn)Qa=1883.5m3/h=(500X 99.9%) /(78% X 34%)=1883.5 (Nm3/h )式中Qa压缩空气流
2、量(Nm3/h)aQn氮气流量(Nm3/h)C 氮气纯度(%)n氮气回收率()2、系统主管路管径da的计算在使用工况下，压缩空气实际流量Qa实为：Qa3实=211.14/hQa 实-PNTSQa / PSTN =0.101 X( 273+25 ) X 1883.5/(0.8+0.101 ) X( 273+25 ) =211.14 (m3/h)式中Qa压缩空气在标态下的流量(Nm3/h )PN 标态绝压 PN =0.101 MPaPS 使用状态下的绝压修正PS= PN+气源压力(Mpa)TN 气体在标态下的温度修正Tn= 273.15+ 标态绝温(K)TS 气体在使用状态下的温度修正TS= 27
3、3.15+ 使用绝温(K)贝 U da =(4X Qa 实/3600)/ (nu ) 1/2 =(4X211.14/3600) /(3.14X 8) 1/2 =0.0966(m )式中u气体流速8 12 m/s,取u =8m/s圆整主管路管径da=0 100m=100mm（条件图中为 100mm）。d =100mma3 、空压机排气量 V 空的计算PSA 系统是以标态干基空气作为设计基数的， 而空压机排气量是以吸入空 气压力Po= 0.10IMPa,温度To= 298K,相对湿度书=80%为设计基数，所以 选择空 压机排气量时要将 Qa 折算到空压机吸入口的状态。V 空=Qa T /264 (
4、P7Pb)o7 b=36.12m3/min=(1883.5 X 298)/264 X (1.01-80% X 0.0238)=216734(m3/h)=3612(m3/mi n)式中Pb吸入温度下饱和水蒸汽分压(kgf/cm2)4、PSA 系统的设计HTCMS-220型碳分子筛装填量G分的计算G 分-Q n/K = 500/ 160=3125（T）=3125kg式中G分一一 HTCMS-260型碳分子筛装填量的理论计算值（kg）G分=278kgQn氮气产量（Nm3/h）K 产氮率（NL/kg考虑分子筛粉化和老化等因素的影响，增加 5% 7%的产气富裕量，则实际装填量为G分实=G分 X 1仁 3
5、125 X 1.1=3437.5 (kg)式中G分实一一 HTCMS-220型碳分子筛装填量的实际值(kg)G 分实=3437.5kg吸附塔单塔装填HTCMS-220型碳分子筛容积V分的计算V =2.73 m3分V 分=6 分实/2 p 分=3437.5 /（2X 630）= 2.73 m3 式中P分分子筛堆密度（P分=630kg/m3） 吸附塔直径D的计算根据经验，对于立式PSA系统，空塔空气线速度取0.045m/s （与吸附剂充 分结合保证吸附率）。则吸附塔直径D为D= (4 Qa 实)/ D 1/2D= 1300mm=(4X211.14/3600) /(3.14X0.045) 1/2 =
6、 1 .29m 圆整为标准直径 D=1.3m= 1300mm 校核空塔空气线速度3 =(4 Qa 实)/(n D2)=(4X211.14/3600) /(3.14X 1.32)3 =0.044 m/s=0.044 0.045 (m/s)因此折算为直径 D=1300m 的单塔装筛高度巴为H a= ( 4 V 分 ) /(n D2)a分=(4X 2.73)/ (3.14X 1.32)4, =2.1m=2.06 (m) 取 Ha=2.1m=2100mm 吸附塔结构尺寸的确定(1) 吸附塔筒体中间高度计算一般设计要求,中间高度 h 比 H 低 200mm 上下偏差不超过 100mm 所以取筒 体中间高
7、度为 1900mm通常,底座高度选为150mm给的条件图也为150mm)支架高度选为:A塔左 支 架高度为 50mm 右支架高度为 20mm.B 塔左支架高度为 20mm 右支架高度 为 30mm.因此，整机高度=底座高度+筒体中间高度+支架高度 =150+1900+50+30+20+20=2170mmH=3000mm(2) 气缸高度 通常,气缸高度选为 500mm.综上所述，得出设备总高度=整机高度+气缸高度=2170+500=2670mm圆整可 得整个塔高度为 H=3000mm 压缩空气进口管径 d1 与氮气出口管径 d2 的计算d1=100mma、 压缩空气从空气净化组件到 PSA 系统
8、无多大变化， 故取 PSA 系统压 空气进气口管径和空气净化组件压缩空气进气口管径一致，即：d1= d a=100mmb、 使用状态下产品气实际流量 Qn 实Qn 实=56.05 m3/hQn 实=卩 ntsQn /pStn=0.101 X( 273+25)X 500/(0.8+0.101 ) X( 273+25)=56.05 (m3/h则 d2= (4 Qn 实)/ (3600nu) 1/2=(4X 56.05) / (3600X 3.14X 8) 1/2 =0.0498 (m)考虑 PSA 系统均匀后吸附塔升压的需要可取比d1 小一档的管径，即d2= 50mm(条件图中为65mr)nd2=50mm
