膜和分子筛联合制氧方法研究

论文摘要

随着武器装备的更新换代，现代航空飞行对后勤保障提出了更高的要求。航空用氧作为航空兵后勤保障的重要组成部分，对圆满完成飞行、作战、训练任务具有重要的意义。 鉴于使用氧气的高空特殊环境，为了防止氧气中的微量水分冻结机载储氧设备管路，航空用氧的纯度要求较高。现役航空用氧生产装备采用深冷法的基本原理，流程复杂、故障率高、可操作性差，很难适应航空兵部队的发展形势和精确化保障的需要。另外，在小型制氧装置中，深冷法的设备投资较大，导致氧气成本过高。为了解决航空用氧的保障难题，亟待研制流程简单、可操作性强的新型制氧装置。 20世纪90年代变压吸附分离空气制取富氧的工艺已经得到广泛应用，其生产规模小至医用制氧机，大至工业用富氧生产的中等装置。膜法富氧技术与传统的深冷法和变压吸附法相比，在获得中等氧含量的空气方面，具有设备简单、操作方便、投资少、费用低等特点，这些特点使得膜法制取工业用富氧变得切实可行。但是，由于种种原因，国内的富氧膜技术的推广极为缓慢，无论在富氧膜材料、产品性能、装置类型还是在富氧膜装置的工业应用方面都与国外先进水平存在很大的差距。 本文以膜分离和变压吸附为理论基础，选取了适合制氧的膜组件和分子筛，确定了空气经膜分离制得富氧，再进入分子筛纯化系统制得高纯氧的流程，研制了膜和分子筛联合制氧装置。通过对装置进行试验，分析了压力、温度、流量等因素对膜分离和变压吸附制得氧气纯度的影响，为装置的进一步改进提供了依据。该装置的创新点是将膜和分子筛组合成制取高纯度氧气的系统，兼有膜分离和变压吸附的优点，具有启动时间短、可操作性强的特点，能达到制取高纯度氧气的目的，能够满足航空用氧的需要，具有较好的军事效益。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 主要符号表
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 发展与现状
• 1.3 本文研究内容
• 第二章 变压吸附制氧技术
• 2.1 概述
• 2.1.1 吸附分离原理
• 2.1.2 吸附分离工艺
• 2.1.3 吸附剂
• 2.1.4 表示吸附平衡数据的方法
• 2.2 变压吸附的基本过程
• 2.3 变压吸附制氧工艺
• 2.4 变压吸附制氧的理论依据
• 2.4.1 物理模型
• 2.4.2 模型假设
• 2.4.3 数学模型
• 2.4.4 数值模拟结果
• 2.5 小结
• 第三章 膜分离制氧技术
• 3.1 概述
• 3.1.1 膜的特点
• 3.1.2 膜的分类
• 3.2 气体分离膜
• 3.2.1 气体分离膜的分类
• 3.2.3 气体膜分离机理
• 3.3 膜分离制氧的原理
• 3.4 影响膜分离制氧的因素
• 3.5 小结
• 第四章 膜和分子筛联合制氧装置的构建
• 4.1 概述
• 4.2 系统的组成及工作原理
• 4.2.1 膜分离制取富氧装置
• 4.2.2 变压吸附纯化氧装置
• 4.3 系统各部件的设计和膜、分子筛的选取
• 4.3.1 系统各部件的设计
• 4.3.2 膜组件的选取
• 4.3.3 分子筛的选取
• 4.3.4 吸附筒的设计
• 4.4 小结
• 第五章 膜和分子筛联合制氧装置的试验研究
• 5.1 膜分离制氧试验
• 5.1.1 试验流程
• 5.1.2 试验结果
• 5.2 分子筛制氧试验
• 5.2.1 试验流程
• 5.2.2 试验结果
• 5.3 膜和分子筛联合制氧试验
• 5.3.1 试验流程
• 5.3.2 试验结果
• 5.4 试验结果分析
• 5.4.1 变压吸附制氧与数值模拟的误差分析
• 5.4.2 联合制氧与文献[14]联合工艺制氧的误差分析
• 5.5 小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢
• 附图