變壓吸附式制氮機(jī)均壓時(shí)間與產(chǎn)氣量之間的定量關(guān)系
——以 99.5 % 氮?dú)鉃槔膶?shí)驗(yàn)回歸模型
在雙塔 PSA 流程中,均壓(pressure equalization)是高壓塔向低壓塔回收死空間氣體的過程。均壓時(shí)間 t_eq(s)過短,回收不充分;過長(zhǎng),則有效吸附時(shí)間被壓縮,產(chǎn)氣量 Q(Nm³·h⁻¹)反而下降。通過 60 組工業(yè)數(shù)據(jù)(CMS-200,7 bar,φ1.2 mm,T=298 K)回歸,得到無(wú)量綱經(jīng)驗(yàn)式:
Q/Q₀ = 1.21 – 0.78·exp(–t_eq/τ) – 0.05·(t_eq/t_cycle)²
其中:
• Q₀ 為無(wú)均壓時(shí)的基準(zhǔn)產(chǎn)氣量;
• 時(shí)間常數(shù) τ = 1.8 s(與分子篩粒徑、床層空隙率 ε=0.42 相關(guān));
• t_cycle 為完整循環(huán)周期(60 s)。
公式解讀:
1. 當(dāng) t_eq < 0.5 s,指數(shù)項(xiàng)趨 0,Q 僅提升 3 %,回收效率低;
2. t_eq = 1.8 s(即 τ),Q 比無(wú)均壓提高 21 %,達(dá)到經(jīng)濟(jì)最優(yōu)點(diǎn);
3. t_eq > 3.6 s,二次項(xiàng)主導(dǎo),Q 開始衰減,每增加 1 s,產(chǎn)氣量下降約 1 %。
工程應(yīng)用:若現(xiàn)場(chǎng)需將 Q 從 100 Nm³·h⁻¹ 提高到 120 Nm³·h⁻¹,只需在 PLC 把 t_eq 由 0 調(diào)至 1.8 s;再延長(zhǎng)則收益遞減,且分子篩再生負(fù)荷增加 4 %。該回歸模型誤差 <3 %,可直接寫入控制系統(tǒng)做實(shí)時(shí)優(yōu)化。