高效制氧机设计原理与分析

　　变压吸附空分制氧包括 PSA 和 VSA 循环过程，医用制氧机两种循环均由一系列基本步骤组成。而最典型的变压吸附制氧过程是双塔结构的 Skarstrom 循环，循环过程由加压、吸附、解析和冲洗四步组成，它是设计更复杂变压吸附的基础，

 

　　首先，经压缩机压缩后的空气进入吸附塔 ，强吸附组分（氮气）被吸附而弱吸附组分（氧气）流出床层 ，一部分经阀门流向储气罐，少量氧气流向吸附塔 。冲洗解析中的氮气；其次，原料气对吸附塔 进行冲压到吸附压力和吸附塔逆向放空到冲洗压力进行解析； 工艺影响因素一套变压吸附装置的性能及效率，除了同吸附剂的性能有关外，还取决于吸附塔相关参数，如吸附压力、温度、吸附塔高径比、切换时间、均压时间等。研究各种因素对变压吸附的影响，对提高氧气的产量及纯度具有重要意义。 温度在空气湿度一定时，随着进气温度的逐渐升高，氧气纯度先上升后下降，存在一个最高值，在 30～32℃时达到最高。这是“因为随着原料气温度的升高，吸附等温线斜率减小，吸附剂的饱和吸附量降低，其结果是在产氧量不变的情况下，产品气浓度降低，其次，分子筛床层及气相流体的温度增加，氧气分子热运动速度加快，从而影响产品气纯度，有提高氧气纯度的趋势”。

　　吸附压力是影响制氧效果的重要因素之一。在吸附塔及分子筛量一定的前提下，提高吸附压力，可增加氮气在分子筛吸附床上的吸附量，从而有利于氮氧分离；其次，变压吸附系统的能耗与吸附压力有关，压力越大，能耗越高。同时气体压力提高后要增加吸附塔的机械强度，导致分子筛粉化加速。吸附压力对产品气的纯度影响较小，而随着吸附压力的升高，产品回收率反而呈下降趋势。这是因为，分子筛对氮气和氧气的吸附属于平衡吸附，达到一定压力后，如果压力继续升高，氧气和氮气的平衡吸附量变化不大，从而产品气纯度提高不明显，而随着吸附压力的升高，解析阶段损失气量增加，从而导致产品回收量下降。

 

　　均压步骤就是完成吸附的高压床层与再生后的低压床层之间进行的压力均衡，是循环过程中必备的步骤。引入均压过程可以充分利用已完成吸附的吸附塔中的较高压力，从而降低变压吸附过程的能耗。同时由于吸附塔进口端未吸附的高压空气在均压时进入另一吸附塔进行重新吸附分离，从而提高了氧气的回收率。同样，氧气纯度随均压时间的增加先升高后降低，存在一个最佳均压时间。