四川大学气体干燥实验

四川大学气体干燥实验（共3篇）

篇1：四川大学气体干燥实验

厢式干燥实验

一、实验目的与要求

1、了解对流厢式干燥器的结构、工艺流程及操作方法；

2、了解常压干燥设备的构造，基本流程和操作；

3、掌握物料干燥速率的测定方法，并作出恒定条件下的干燥速率曲线；

4、掌握根据实验干燥曲线求取干燥速率曲线以及恒速阶段干燥速率、临界含水量、平衡含水量的实验分析方法；

5、了解影响干燥速率曲线的因素。

二、实验基本原理

在设计干燥器的尺寸或确定干燥器的生产能力时，被干燥物料在给定干燥条件下的干燥速率、临界湿含量和平衡湿含量等干燥特性数据是最基本的技术依据参数。由于实际生产中的被干燥物料的性质千变万化，因此对于大多数具体的被干燥物料而言，其干燥特性数据常常需要通过实验测定。

按干燥过程中空气状态参数是否变化，可将干燥过程分为恒定干燥条件操作和非恒定干燥条件操作两大类。若用大量空气干燥少量物料，则可以认为湿空气在干燥过程中温度、湿度均不变，再加上气流速度、与物料的接触方式不变，则称这种操作为恒定干燥条件下的干燥操作。

1、干燥速率

干燥速率的定义为单位干燥面积（提供湿分汽化的面积）、单位时间内所除去的湿分质量。即

(1)

式中，－干燥速率，又称干燥通量，kg/（m2s）；

－干燥表面积，m2；

－汽化的湿分量，kg；

－干燥时间，s；

－绝干物料的质量，kg；

－物料湿含量，kg湿分/kg干物料，负号表示随干燥时间的增加而减少。

2、干燥速率的测定方法及曲线

将湿物料试样置于恒定空气流中进行干燥实验，随着干燥时间的延长，水分不断汽化，湿物料质量减少。若记录物料不同时间下质量，直到物料质量不变为止，也就是物料在该条件下达到干燥极限为止，此时留在物料中的水分就是平衡水分*。再将物料烘干后称重得到绝干物料重，则物料中瞬间含水率为

（2）

计算出每一时刻的瞬间含水率，然后将对干燥时间作图，如图1，即为干燥曲线。

图1恒定干燥条件下的干燥曲线

上述干燥曲线还可以变换得到干燥速率曲线。由已测得的干燥曲线求出不同下的斜率，再由式（1）计算得到干燥速率，将对作图，就是干燥速率曲线，如图2所示。

图2恒定干燥条件下的干燥速率曲线

3、干燥过程分析

（1）预热段

见图1、2中的AB段或AB’段。物料在预热段中，含水率略有下降，温度则升至湿球温度tW,干燥速率可能呈上升趋势变化，也可能呈下降趋势变化。预热段经历的时间很短，通常在干燥计算中忽略不计，有些干燥过程甚至没有预热段。本实验中也没有预热段。

（2）恒速干燥阶段

见图1、2中的BC段。该段物料水分不断汽化，含水率不断下降。但由于这一阶段去除的是物料表面附着的非结合水分，水分去除的机理与纯水的相同，故在恒定干燥条件下，物料表面始终保持为湿球温度tW，传质推动力保持不变，因而干燥速率也不变。于是，在图2中，BC段为水平线。

只要物料表面保持足够湿润，物料的干燥过程中总有恒速阶段。而该段的干燥速率大小取决于物料表面水分的汽化速率，亦即决定于物料外部的空气干燥条件，故该阶段又称为表面汽化控制阶段。

（3）降速干燥阶段

随着干燥过程的进行，物料内部水分移动到表面的速度赶不上表面水分的气化速率，物料表面局部出现“干区”，尽管这时物料其余表面的平衡蒸汽压仍与纯水的饱和蒸汽压相同、传质推动力也仍为湿度差，但以物料全部外表面计算的干燥速率因“干区”的出现而降低，此时物料中的的含水率称为临界含水率，用表示，对应图2中的C点，称为临界点。过C点以后，干燥速率逐渐降低至D点，C至D阶段称为降速第一阶段。

干燥到点D时，物料全部表面都成为干区，汽化面逐渐向物料内部移动，汽化所需的热量必须通过已被干燥的固体层才能传递到汽化面；从物料中汽化的水分也必须通过这层干燥层才能传递到空气主流中。干燥速率因热、质传递的途径加长而下降。此外，在点D以后，物料中的非结合水分已被除尽。接下去所汽化的是各种形式的结合水，因而，平衡蒸汽压将逐渐下降，传质推动力减小，干燥速率也随之较快降低，直至到达点E时，速率降为零。这一阶段称为降速第二阶段。

降速阶段干燥速率曲线的形状随物料内部的结构而异，不一定都呈现前面所述的曲线CDE形状。对于某些多孔性物料，可能降速两个阶段的界限不是很明显，曲线好像只有CD段；对于某些无孔性吸水物料，汽化只在表面进行，干燥速率取决于固体内部水分的扩散速率，故降速阶段只有类似DE段的曲线。

与恒速阶段相比，降速阶段从物料中除去的水分量相对少许多，但所需的干燥时间却长得多。总之，降速阶段的干燥速率取决与物料本身结构、形状和尺寸，而与干燥介质状况关系不大，故降速阶段又称物料内部迁移控制阶段。

三、实验步骤

1、实验前的准备工作

（1）的物料试样在水中进行充分浸泡。

（2）球温度计的蓄水池中加水。

（3）干燥物料的空支架安装在洞道内，令天平处在自由摆动的平衡状态，记录整个支架和托盘的重量。

（4）秒表使用方法。

（5）新鲜空气进口阀和废气排出阀，全关废气循环阀。

（6）气流量调节阀全开，以启动时保护电机。

（7）气预热器加热电压调节旋钮拧至全关状态。防止启动时功率过大，烧坏加热器。

2、实验方法

（1）试验装置，熟悉对流厢式干燥器的基本结构及其流程，明了各有关测量仪表的功能；

（2）燥试样浸水，使试样含有适量水分约70克左右（不能滴水），以备干燥实验用；

（3）机进出口放空阀应处于开启状态；往湿球温度计小杯中加水；

（4）源相电指示灯是否全亮（若不全亮首先检查指示灯是否损坏，若没有损坏，确认若是缺相，切记不要进行以下操作，而应检查）。开启仪表上电开关。启动风机开关，并调节阀门达到预定的风速值，一般风速调节到600～900Pa；

（5）好后，通过温控器仪表手动调节干燥介质的控制温度（一般在80—95℃之间）。开启加热开关，温控器开始自动控制电热丝的电流进行自动控温，逐渐达到设定温度；

（6）料前调节称重显示仪表显示回零；

（7）定后（干、湿球温度不再变化），将试样放入干燥室架子上，等约2分种，开始读取物料重量（最好从整克数据开始记录），记录下试样质量每减少3克时所需时间，直至时间间隔超过6分钟左右时停止记录；

（8）干燥的试样，先关闭加热开关。当干球温度降到60℃以下时，关闭风机的开关，关闭仪表上电开关，最后关闭总电源开关。

四、实验中应注意的事项

1、源接通前，应检查相电是否正常，严禁缺相操作；

2、先开风机，后开加热器，否则加热管可能会被烧坏。

3、注意传感器的负荷量仅为300克，放取毛毡时必须十分小心，绝对不能下压，以免损坏称重传感器。

4、过程中，不要拍打、碰扣装置面板，以免引起料盘晃动，影响结果。

5、验完毕后，清理打扫实验室。

五、实验装置及流程

1、流程示意见图（3）

2、一些设备和部件的基本情况

干燥器类型：洞道干燥器

洞道截面积：1#

A=0.13×0.17

=

0.0221m2

2#

A=0.15×0.20

=

0.030m2

加热功率：500w—1500w；

气流量：1-5m3/min；

干燥温度：40--120℃

孔板流量计：孔流系数C0=0.65，孔板孔径d0=0.040（m)

重量传感器显示仪：量程（0—200g），精度0.1级；

干球温度计、湿球温度计显示仪：量程（0-150℃），精度0.5级；

孔板流量计处温度计显示仪：量程（-50-150℃），精度0.5级；

孔板流量计压差变送器和显示仪：量程（0-10KPa），精度0.5级；

3、物料

物料：毛毡；干燥面积：S=0.141*0.082*2=0.023124(m2)。

绝干物料量(g)：1#

GC=22.8，2#

GC=25.36。

六、数据处理实例

干燥实验数据整理表

设备编号：1#

空气孔板流量计读数（KPa)

0.5

干球温度t(℃)

流量计处空气温度to(℃)

48.8

湿球温度tw(℃)

to(℃)空气密度ρ(Kg/m3)

1.11

tw℃下水的气化热

(kJ/

kg)

γtw

2600

流量计孔流系数C0

0.65

洞道截面积(m2)=0.13*0.17

0.0221

孔板孔径d0（m)

0.04

干燥面积(m2)S=0.141*0.082*2=

0.023124

框架重量GD（g)

72.2

绝干物料量GC：(g)

22.8

对流传热系数α(w/m2℃)=

40.60

干燥器内空气实际体积流量Vt(m3/

s)=

0.0254

干燥器内空气流速u(m/s)=

1.1477

序号

累计时间

T(分)

总重量

GT

（g）

干基含水量X（kg/kg）

平均含水量

XAV（kg/kg）

干燥速率

U×104

[kg/（s·m2）]

0

128.6

1.4737

1.4452

3.123

127.3

1.4167

1.3904

2.883

126.1

1.3640

1.3399

2.643

125.0

1.3158

1.2939

2.403

124.0

1.2719

1.2500

2.403

123.0

1.2281

1.2083

2.162

122.1

1.1886

1.1689

2.162

121.2

1.1491

1.1294

2.162

120.3

1.1096

1.0899

2.162

119.4

1.0702

1.0504

2.162

118.5

1.0307

1.0110

2.162

117.6

0.9912

0.9715

2.162

116.7

0.9518

0.9320

2.162

115.8

0.9123

0.8925

2.162

114.9

0.8728

0.8531

2.162

114.0

0.8333

0.8136

2.162

113.1

0.7939

0.7741

2.162

112.2

0.7544

0.7346

2.162

111.3

0.7149

0.6952

2.162

110.4

0.6754

0.6557

2.162

109.5

0.6360

0.6162

2.162

108.6

0.5965

0.5789

1.922

107.8

0.5614

0.5439

1.922

107.0

0.5263

0.5110

1.682

106.3

0.4956

0.4803

1.682

105.6

0.4649

0.4474

1.922

104.8

0.4298

0.4123

1.922

104.0

0.3947

0.3794

1.682

103.3

0.3640

0.3487

1.682

102.6

0.3333

0.3202

1.442

102.0

0.3070

0.2961

1.201

101.5

0.2851

0.2763

0.961

101.1

0.2675

0.2566

1.201

100.6

0.2456

0.2346

1.201

100.1

0.2237

0.2149

0.961

99.7

0.2061

0.1952

1.201

99.2

0.1842

0.1732

1.201

98.7

0.1623

0.1535

0.961

114

98.3

0.1447

0.1360

0.961

117

97.9

0.1272

0.1184

0.961

120

97.5

0.1096

0.1031

0.721

123

97.2

0.0965

0.0899

0.721

126

96.9

0.0833

0.0789

0.481

129

96.7

0.0746

0.0702

0.481

132

96.5

0.0658

0.0614

0.481

135

96.3

0.0570

0.0526

0.481

138

96.1

0.0482

0.0439

0.481

141

95.9

0.0395

0.0373

0.240

144

95.8

0.0351

147

计算实例：

空气物理性质的确定：

流量计处空气温度to=48.8(℃)，查表得空气密度ρ=1.11(Kg/m3)

湿球温度tw=40(℃)，tw℃下水的气化热

(kJ/

kg)

γtw=2600。

以第一组数据为例

1、干临界含水量GT-框架重量GD-绝干物料量GC）/干物料量GC

=(128.6-72.2-22.8)/22.8=3.123（kg/kg）

2、计算平均含水量

XAV=两次记录之间的平均含水量=(1.4737+1.4167)/2

=1.4452（kg水/kg绝干物料）

3、计算干燥速率U=-（绝干物料量GC/干燥面积S）*（△X/△T）

=-（22.8*0.001/0.023124))*(1.4167-1.4737)/(3*60)

=0.0003123

[kg/（s·m2）]

4、绘制干燥曲线（X—T曲线）和干燥速率曲线（U—XAV曲线）

5、计算恒速干燥阶段物料与空气之间对流传热系数α[W/m2℃]

Uc—恒速干燥阶段的干燥速率，kg/（m2•s）=0.0002162

γtw—tw℃下水的气化热，kJ/

kg。查表P351,tc-t=374-40=334℃.查表得,γtw=2600

α=2.162*0.0001*2600*1000/(60-40)=28.116、计算干燥器内空气实际体积流量Vt(m3/

s)。

其中：

Vt0=0.254

Vt0—t0℃时空气的流量，m3/

s；

=0.0245

t0—流量计处空气的温度，t0=48.8℃；t—干燥器内空气的温度，t

=60℃；

C0—流量计流量系数，C0=0.6；

A0—流量计孔节孔面积，m2。

d0—孔板孔径，d0=0.04

m。ΔP—流量计压差，ΔP

=500

Pa。

ρ—

t0时空气密度kg/m3，ρ=1.11。

7、计算干燥器内空气流速U（m/s）。

U=Vt/A=0.0254/0.0221=1.1477（m/s）。

其中：A—洞道截面积(m2)

A

=0.13*0.17=0.0221(m2)

七、结论分析与讨论

1、物料的预热段时间较短，所以这次试验在天平平衡后开始计时时就已经进入恒速干燥阶段。根据所得数据计算作图可以得到临界含水量Xc=3.123

kg水/kg绝干料，平衡含水量XAV=1.4452

kg水/kg绝干料。

恒速段的干燥速率和临界含水量的影响因素主要有：固体物料的种类和性质；固体物料层的厚度或颗粒大小；空气的温度、湿度和流速；空气与固体物料间的相对运动方式。空气流速流量变大或者温度升高，临界含水量变小，恒定干燥速率会变大。

2、研究干燥速率曲线，可以据此使干燥速度控制在恒定干燥阶段，防止被干燥物开裂等不希望出现的情况发生。

3、经常补水，水加入使温度计外纱布温度降低，需很长一段时间才能达到平衡，误差增大；算时有误差。

4、调节水平衡的瓶子可以换一个有刻度的，便于观察。

八、思考题

1、湿度不会减少，因为有调节和保持湿度的循环水。

2、装在加热器前好，可以保证加热器将风机吹入的风加热。

3、不等焓，因为在干燥过程中，不仅干燥介质与湿物料间有着复杂的热质传递，干燥器与外界间也存在着热量交换（补充热量、热损失等），因此，影响空气出口状态的因素较为复杂。一般根据空气在干燥器内焓的变化，将干燥过程分为等焓过程与非等焓过程。

4、恒定干燥条件是指干燥介质的温度、湿度、流速及与物料的接触方式，都在整个干燥过程中均保持恒定。空气的温度越高、风速越快，蒸发越快，干燥越快。

5、干燥过程中，如果先开电热器，产生的热量如果没有鼓风机吹，将会使设备烧坏。先将风机打开，电热器散发的热量便能及时地被风带走。鼓风机起动需要很大的起动电流，如果电热器开着，可能会造成线路过载。但如果先开鼓风机，起动电流中便少了电热器的电流量，这样对于电路更安全。

6、前后几次固体湿物料的重量基本不变或变化很小，则认为恒重，实验结束。

小组成员：

（每个成员都很认真，每人都是95分）

篇2：常用气体脱水干燥工艺介绍及应用

目前国内外应用较广泛、技术较成熟的脱水工艺主要有冷却分离法、溶剂吸收法和固体吸附法[1]。

1 冷却分离法工艺和应用

冷却分离法是利用气体中水的饱和蒸汽压随着气体温度的降低而降低的特点,将气体冷却至一定温度,过饱和的水蒸气冷凝成雾状液滴或较大液滴,再通过离心分离、电分离或过滤分离等手段,将液滴与气体分离以实现气体脱水干燥。工艺流程示意图见图1,湿气先经过冷却器冷却,然后进入液滴捕集器进行气液分离后即可得到干燥气体。

冷却分离法脱水工艺具有流程简单、操作简便、处理能力大、运行稳定、投资及运行费用低的优点,但是脱水精度取决于冷却温度和分离手段。气体不溶于水或难溶于水的,气体中的水含量取决于冷却温度对应的水蒸汽分压;如果气体易溶于水形成溶液的,气体中的水含量则主要取决于冷却温度下气体溶于水而形成饱和溶液的水蒸汽分压,冷却温度越低对应的气体中水蒸汽分压越低,气体中水蒸汽含量就越低,但是气体在冷却过程中形成大量的小液滴,这些小液滴只有少部分附着于设备器壁和管道壁上,大部分仍悬浮在气体中。因此,在一定冷却温度下,气体的脱水精度就取决于气体与其中小液滴的分离手段。在工业生产中有离心分离、电分离或过滤分离等方法,其中过滤分离的分离精度较高,稳定性较好,使用较为普遍,一般使用憎水、憎油、低表面能、耐腐蚀、有一定机械强度的物质作为过滤物,常用的过滤物有含氟硅油玻璃纤维棉等。携带着大量小液滴的气体通过填充过滤物的除雾器时,小液滴被过滤物不断捕集并逐渐形成大液滴在重力作用下汇集至除雾器底部排出,即可达到气体与小液滴的分离目的。在过滤分离前,还可设置填充拉西环等填料的过滤器,通过气体的折流使部分较大颗粒的小液滴碰撞到填料而附着于其表面,这能够有效减轻除雾器的处理负荷。在气体与小液滴分离过程中,为防止气体温度上升致使小液滴重新汽化形成水蒸汽,除雾器应保持冷却水的冷却并保温。由于脱水精度取决于冷却温度和分离手段,冷却温度越低,能耗就越高,因此,在工业生产中,冷却分离法工艺普遍在脱水精度要求不高的工况下运用,特别适用于“大气量,大分离”的工况,在脱水精度要求较高的工况可以作为气体深度脱水干燥的初步处理手段,能够有效降低投资和运行费用。冷却分离法脱水工艺普遍用于氯碱工业的电石法聚氯乙烯生产中氯化氢和乙炔混合气体的脱水干燥[2]。

2 溶剂吸收法工艺和应用

溶剂吸收法是利用具有良好吸水性能的液体作为溶剂干燥剂,通过在吸收塔内湿气与溶剂干燥剂逆流接触进行气液传质以脱除气体中的水分。常用的脱水溶剂主要有浓硫酸、甘醇类化合物等。工艺流程示意图见图2,湿气从吸收塔底部进入干燥塔,经过塔板或填料与干燥剂充分接触,气体中的水分被干燥剂吸收,气体从塔顶出来经过捕集器将气体与干燥剂小液滴分离后即可完成脱水干燥,干燥剂可送去再生或循环吸收一定水分后更换。

溶剂吸收法脱水工艺具有流程简单、处理能力大、气体压降较小、运行稳定、运行费用较低的优点,但是受进料气温度、压力和流量变化的影响较大,运行过程中有可能产生腐蚀甚至严重腐蚀以及溶剂严重起泡等影响生产装置正常运转的问题,该工艺特别适用于“大气量、小吸收”的工况[3]。湿气的流量、温度、压力和溶剂的浓度、温度、循环量以及干燥塔的设备结构都会对溶剂吸收法脱水效果造成一定的影响,该法脱水精度的极限取决于该工况条件下水在溶剂表面的气相分压,溶剂吸收的脱水精度一般较冷却分离法的高。溶剂的选择必须根据其自身以及处理气体的物性,避免溶剂与处理气体之间产生化学反应,为保障脱水过程的稳定运行,还应尽量选择表面张力较小的液体作为溶剂,以避免脱水干燥过程中产生泡沫而泛塔,影响气体脱水干燥的连续运转以及限制装置处理能力的发挥。溶剂吸收法与冷却分离法两种工艺的优缺点互补性较强,在大气量脱水干燥的工业生产中可以按“先冷冻脱水后溶剂脱水”的工艺配置进行搭配结合使用,在脱水干燥效果、运行稳定性、运行经济性等方面取得很好的效果。氯碱工业的氯气脱水干燥就普遍采用先冷却分离再溶剂吸收的脱水干燥工艺,取得很好的运行效果[4]。

3 固体干燥剂吸附法工艺和应用

固体干燥剂吸附法是利用固体吸附剂对需干燥的气体分子在不同分压下有不同的吸附容量、吸附速度和吸附力,并且在一定压力下对水分子有选择吸附的特性,通过加压吸附脱除气体中水分,减压脱附这些水分而使吸附剂获得再生的一种气体脱水干燥方法[5]。固体干燥剂吸附法应用范围很广,常用的固体吸附剂有硅胶、活性氧化铝、分子筛等,其中分子筛脱水技术成熟可靠,应用最为广泛[6]。

该工艺的吸附剂对气体脱水分离过程为:吸附剂先在常温或低温下吸附气体中的水分,再通过提高温度使吸附剂解吸再生,然后再降温到吸附温度,进入下一吸附循环。对一些特殊的吸附分离工艺过程,如用蒸汽直接对干燥剂加热再生时,还常常需要增加吸附剂的干燥步骤。由于吸附床层加热和冷却过程比较缓慢,所以循环时间较长,从数小时到数天不等。固体干燥剂吸附法工艺原理较冷却分离法和溶剂吸收法复杂,根据处理气体种类、气量、气压的不同,一般可分为两塔工艺和多塔工艺,但是基本原理都是一致的,都要经过脱水、加热再生和冷却等步骤。两塔工艺最为典型和简单,其工艺流程示意图见图3。工艺湿气先经过冷却器和过滤器后进入再生好的分子筛脱水塔1进行吸附脱水,此时塔1的夹套通入冷却水冷却吸附过程以保持吸附塔的吸附温度,出来的产品气即为工艺干气,在塔1进行吸附脱水时,先向塔2通入干解析气A,同时塔2的夹套通入热水或蒸汽以提高温度促使水分从吸附剂解析,得到的富含水分的湿解析气A去放空或低压回收,在塔2的分子筛完成水分解析后,在其夹套通入冷却水使塔2降温至吸附温度,在塔1吸附完成后即切换至塔2进行水分吸附,而塔1则依次进入升温解析和降温阶段,如此周期切换实现对工艺气体中水分脱除干燥的连续处理。解析气A依据实际工况,可以选用工艺湿气、工艺干气或氮气等惰性气体。

由于影响水分吸附分离过程的因素很多,在采用固体干燥剂吸附法脱水干燥工艺时,需综合考虑下列因素的影响:

(1)吸附剂与水分及处理气体的吸附性能的差异。吸附剂品种很多,首先要确定由主要成分―分离组分―干燥剂所组成的分离体系,然后根据相应温度下的等温线进行设计。对于需处理的气体,所用吸附剂的种类、颗粒形状、粒度等应按照需要选择最合适的品种,这样才能提高吸附剂的性能及降低运转成本。

(2)分离周期的长短。分离周期的确定,需根据吸附剂的性能、加热和冷却所需时间、能耗、投资等各种因素综合考虑。分离周期长,吸附剂用量大,利用率低,投资高;分离周期短,吸附剂用量小,但再生频繁,能耗高,吸附剂使用寿命短。

(3)吸附剂劣化的影响。吸附剂经过反复吸附和再生之后,会产生劣化现象,分离容量出现下降。吸附剂劣化常见的原因有:表面被碳、聚合物、化合物等所覆盖;因为半熔融,使细孔部分消失;由于化学反应,使细孔的结晶受到破坏等。吸附剂颗粒表面被沾污是相当普遍的,所以几乎所有的劣化都是由此而引起的。例如干燥压缩空气时,从压缩机带来的油气凝固在吸附剂表面,加热再生时被碳化;又如硅、铝类吸附剂在320℃时,就有某些半熔融现象产生,一些微小的细孔就容易受到影响等。

(4)再生温度的影响。再生温度是非常关键的参数。提高吸附剂的再生温度有利于解吸的完全程度,但在工业生产过程中,再生温度不能任意提高,受物化性质、工业环境等因素限制。

(5)吸附床结构的影响。吸附床结构的优劣,对吸附分离效果也有影响,吸附器的直径是根据实际气体体积通过空塔的流速来确定的。

(6)气流流向等影响。吸附时气流流向对吸附床和吸附剂颗粒形态的长期稳定保持起很重要的作用,一般采用自上而下的气流方向。吸附剂再生时加热、冷吹的气流方向对吸附剂的水分解析分离效果也有很大影响,进而影响吸附效果。

上述影响因素是吸附分离工艺重要的工艺参数,针对不同的工况要求,吸附分离工艺有许多不同的实现过程,各种工艺参数的选取也千变万化。

采用吸附分离方式进行干燥脱水,是利用分子间吸附能力的差异的原理进行分离脱水,脱水精度很高,可以将气相中的水分脱除至10-6级,实际工业生产中脱水的精度主要受工艺过程、气源类型、操作条件等因素影响,脱水精度可以在一定范围内进行调节控制,脱水精度要求太高则会相应增加投资和消耗,所以需根据工业生产的实际需要确定合理的脱水精度。固体干燥剂吸附法工艺具有脱水精度高,对气体温度、压力、流量变化不敏感,操作弹性大,占地面积小,操作易于程序化控制等优点,但是也存在工艺复杂、气体压降较大、吸附剂需定期更换、运行能耗较高等缺点,特别对于处理气量大的气体,设备投资较大,运行费用也比较高,凸显弊端,因此在满足工况工艺要求的前提下,放宽对脱水精度的控制指标,就可有效降低工装设备的投入和运行费用。固体干燥剂吸附法脱水干燥工艺广泛应用于压缩空气脱水干燥[7]、天然气脱水干燥[8]、乙炔脱水干燥[9]等方面,都取得比较好的运行效果。

4 结语

在工业生产中,气体的脱水干燥已经逐步成为气体输送和使用的基本要求之一,气体脱水干燥技术被广泛应用,技术也不断取得创新,近年来还开发出气体的膜分离脱水技术[10]。本文中介绍的3种常用气体脱水技术是较为成熟的气体脱水技术,在技术应用过程中,合理的设计和选用气体脱水干燥工艺是促进生产效率提高、投资和运行成本有效降低的前提条件,因此,在脱水设备的结构设计、干燥剂选择以及脱水技术的搭配选用等方面需要根据不同的工况进行有针对性甚至创造性的设计和选用。

参考文献

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[2]段元中.聚氯乙烯厂混合冷冻脱水装置的技术改进[J].贵州化工,2005,30(2):42-46.

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[5]胡晓敏,陆永康,曾亮泉.分子筛脱水工艺简述[J].天然气与石油,2008,26(1):39-41.

[6]朱东生,彭德其,范忠雷,何露,曾力丁.分子筛吸附干燥氢气的工艺条件优化[J].华南理工大学学报(自然科学版),2005,33(9):77-81.

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[8]罗小军,刘晓天,万书华.分子筛吸附法在高酸性天然气脱水中的应用[J].石油与天然气化工,2007,36(2):118-123.

[9]张强,王明亮,曹新峰.变压吸附技术在乙炔脱水工艺中的应用[J].聚氯乙烯,2011,39(6):12-15.

篇3：四川大学气体干燥实验

【关键词】罗克韦尔自动化；干燥脱水；RSlogix5000；Factory View SE；顺控

近年来，随着工业的不断发展壮大，随之而来的环境问题和稀有资源回收利用等越来越受到关注，尤其是石化行業，在工艺流程中很多稀有气体需要回收再利用，这样既能减少资源浪费，又可以防止其排放到大气中造成环境的污染，一举两得。如果原料气中含有较多的水分，会对稀有气体回收效率造成很大的影响，因此很多稀有气体回收工艺中都会配有干燥脱水装置，干燥脱水的效果直接影响稀有气体回收的效率。在干燥脱水工艺流程的自动程序化控制程序中，罗克韦尔自动化系统发挥的较好，效果尤为明显。

一、干燥脱水工艺流程

原料气→干燥→净化气

如图1，本工序采用PTSA干燥流程，主要由两台干燥器D-355A/B，1台电加热器35E010，若干仪表及阀门组成。2台干燥器一用一备，轮流工作，脱去原料气中的水汽。

图1

二、控制系统配置

控制系统用的是罗克韦尔应用最广泛的ControlLogix系列PLC控制系统，该系统性能稳定，功能强大，调试和维护都比较方便高效。系统配备有电源模块、CPU模块、冗余模块、网络通讯模块以及模拟量、数字量IO模块。是一个相对比较完整的冗余PLC控制系统。

人机界面HMI终端采用的是罗克韦尔的Panel View Plus 6终端1000，10寸彩色触摸屏，自带工业以太网口以及RS232口等可以与处理器进行通讯。

编程工具用的是最新的RSlogix5000版本，HMI组态工具用的是Factory View Me。

根据工艺生产的特点和操作要求，本系统将重要的工艺参数引至控制室监视、调节和操作。HMI人机界面设有流程画面、参数设定窗口、操作窗口、报警界面、数据趋势曲线等实时显示和记录设备的状态，仪表的数值等，方便用户日常的生产操作及维护。

三、程序控制（编程）

1、PID调节控制

电加热器的工作输出由可控硅接收4-20mA信号控制输出功率大小，出口气体的温度与控制可控硅的AO输出构成PID闭环回路。当出口气体温度维持在一定的范围内时，干燥效果最好。RsLogix5000编程环境中的PID指令非常的人性化，好用且简单易懂，使本来相对复杂的PID调节控制变的简单明了，只需要根据实际的工况进行PID几个参数的修改即可。当然不同的工况，参数不一样，只能根据实际情况进行相应的更改。

2、顺序控制

顺序控制是比较常见的相对比较复杂的逻辑控制过程，同一类型的顺序控制实现的编程思路和方式也因设计者而异。顺序控制主要通过不同的步骤时开关不同的阀门，来达到改变工艺流程路径的最终目的。本系统的顺序控制共设有8步，每一步都有不同的阀门开关及电加热器启停，每一步完成后自动进入下一步的工作中，而且程序中间设置可操作的“上一步”、“下一步”、“暂停/继续”等按钮，给顺控编程增加了实现难度。该部分的顺序控制是整个工艺程序控制的核心部分。

如果按照正常的顺序控制编写程序，一步一步写，也能完成，但是程序相对繁琐，占内存多，而且容易出错。本系统在顺控编程时采用了一个比较巧妙的方法，那就是利用RSLogix5000编程环境里的加计数器CTU指令。利用CTU指令的预设值为顺序控制步骤数N+1，当每一步完成时触发计数器累加一次，从而累积值与顺序控制步骤相同，例如，当工艺控制流程处于第5步时，CTU指令的累积值正好也为5。通过该思路编写程序，使顺序控制编程变得简洁明了，顺控逻辑内容一目了然，而且无论再增加什么操作按钮，也都不用改动原来的逻辑，这都极大的方便了编程者和程序维护人员。

3、连锁保护及逐步保护

连锁保护是为了避免生产事故以及保护设备而设置的逻辑保护程序。当某一连锁保护条件达到时，会触发连锁保护，连锁保护触发后会立即停止正在进行的工作任务以及正在工作的设备等。

逐步保护主要是针对保护设备，本系统中的电加热器在第2步加热完成后进入第3步前要停止加热器，不是立刻停止，而是每1分钟通过降低PID过程变量设定值（SP）来逐步实现降低电加热器的输出功率，从而慢慢停止电加热器。

四、结束语

随着工业自动化的不断发展进步，应用在干燥脱水装置上的控制系统也越来越多，系统的质量、稳定性、可操作性等都成了选择控制系统的主要因素，ContolLogix系统以其稳定的性能、人性化的编程及组态环境受到越来越多用户的信赖，应用也越来越广泛。

参考文献

[1]薛迎成.罗克韦尔PLC技术基础及应用.中国电力出版社，2009.6.

[2]李月恒.罗克韦尔ControlLogix PLC实用教程.中国铁道出版社，2015.1