空分設(shè)備中,分子篩純化系統(tǒng)設(shè)置在空氣預(yù)冷系統(tǒng)之后。被壓縮的空氣經(jīng)過空氣預(yù)冷系統(tǒng)冷卻后,空氣中的水分、二氧化碳、乙炔和其他碳?xì)浠�合物等仍然存在。如果空氣不�?jīng)純化處理,被凍結(jié)下來的水分和二氧化碳沉積在低溫?fù)Q熱器、透平膨脹機(jī)或精餾塔里,就會(huì)堵塞通道、管路和閥門,乙炔積聚在液氧中更有爆炸的危險(xiǎn)。 因此分子篩純化系統(tǒng)的作用就是清除空氣中所含的水分、乙炔、二氧化碳、丙烯和丁烯等雜質(zhì),從而保證空分設(shè)備長(zhǎng)期安全、可靠的運(yùn)行。

 

　　目前，國(guó)內(nèi)空分設(shè)備使用的空氣純化器，按放置方式來分有立式和臥式兩，從結(jié)構(gòu)來分有單層床和雙層床兩種。立式空氣純化器具有占地面積小的優(yōu)點(diǎn)，而臥式空氣　　純化器結(jié)構(gòu)雖然較為簡(jiǎn)單，但占地面積較大，因而使用場(chǎng)合具有局限性。單層床中使用的吸附劑是分子篩，承擔(dān)著吸附水分、二氧化碳及碳?xì)浠�合物等有害組分。單層床和雙層床相比，雙層床具有以下優(yōu)點(diǎn)：

 

　　（1）氧化鋁對(duì)空氣中的酸性組分( 例如s02、no2、hcl等)部分可以吸附，而這些酸性組分對(duì)分子篩是有害的，因?yàn)樗�可以和分子篩吸附的水分生成酸，使分子篩的晶格受到破壞，即分子篩中毒，損害了分子篩的性能。采用雙層床后，預(yù)先用氧化鋁將水吸附，這就對(duì)分子篩起了良好的保護(hù)作用，延長(zhǎng)分子篩的使用壽命。

 

　　（2）分子篩對(duì)水較氧化鋁有較強(qiáng)的親合力，因而解吸時(shí)消耗的能量要多；用氧化鋁來去除水，可降低再生能耗。

 

　　（3）吸附水分所需的分子篩用氧化鋁代替，可節(jié)省成本，因氧化鋁的價(jià)格比分子篩要便宜得多。在相對(duì)濕度100 %(即飽和)的空氣中,活性氧化鋁的吸濕性能更優(yōu)于分子篩，在吸附床下層用氧化鋁吸附飽和空氣中的水分后,待水分的濃度在氧化鋁處降低后,再利用上層的分子篩進(jìn)行深度吸附。

　　分子篩的結(jié)構(gòu)及性能參數(shù)：

 

　　分子篩是人工合成泡沸石,硅鋁酸鹽的晶體,呈白色粉末狀,加入黏結(jié)劑后擠壓成條狀、片狀和球狀。分子篩無毒、無味及無腐蝕性,不溶于水及有機(jī)溶劑,但能溶于強(qiáng)酸和強(qiáng)堿。分子篩經(jīng)加熱失去結(jié)晶水, 晶體內(nèi)形成許多孔穴, 其孔徑大小與氣體分子直徑相近,且非常均勻。它能把小于孔徑的分子吸進(jìn)孔隙內(nèi),把大于孔隙的分子擋在孔隙外。因此,它可以根據(jù)分子的大小,把各種組分分離，“分子篩”亦由此得名。

 

　　空分設(shè)備專用13x 型分子篩在高溫、低分壓下亦具有良好的吸附性能, 相對(duì)于5a型分子篩等能吸附加工空氣中更多種類的有害雜質(zhì)。20世紀(jì)80年代，開始逐步用13x型分子篩代替5a型分子篩用于空分設(shè)。由于13x型分子篩晶胞為體心立方,而5a型分子篩晶胞為一般立方體,晶體結(jié)構(gòu)不同, 前者結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好。13x型分子篩孔徑為10ua,其吸附孔徑大于其它分子篩 ,這便于吸附、解吸，晶穴體積大,比表面積也大,其吸附容量高,擴(kuò)散也快，透過曲線斜率較大,故其傳質(zhì)區(qū)較短,吸附速度快。13x分子篩是利用壓力差降的作用，產(chǎn)生co2 吸附的良好效果。目前空分設(shè)備分子篩純化系統(tǒng)常用分子篩條狀比球狀有較優(yōu)越的傳質(zhì)特性,處理同樣的氣體需要的分子篩較少。球狀的堆積密度比條狀大,在同樣的分子篩量下能使吸附器體積減小。

 

　　分子篩的再生機(jī)理：

 

　　經(jīng)空冷塔冷卻后的空氣一般在5℃～20℃溫度下進(jìn)入分子篩吸附器內(nèi)被吸附凈化。水分、乙炔和二氧化碳都是極性或不飽和分子。分子篩對(duì)它們都有很強(qiáng)的親和力。分子篩的共吸附性能使它可以在吸水的同時(shí)還可以吸附其他物質(zhì),這種親和力的順序是:水分>乙炔>二氧化碳。由于是共吸附,勢(shì)必會(huì)使分子篩對(duì)每種組分的吸附容量減小。在出吸附劑床層的空氣中很快會(huì)出現(xiàn)甲烷(ch4)和乙烷(c2h6),接著乙烯(c2h4)和丙烷(c3h8)幾乎與二氧化碳同時(shí)在出吸附劑層的空氣中出現(xiàn)；以后才依次出現(xiàn)乙炔(c2h2)、丙烯(c3h6)、丁烷(c4h10) 和丁烯(c4h8)。由于分子篩吸附器的工作周期需要在出口空氣中出現(xiàn)二氧化碳之前結(jié)束, 即切換, 空分裝置一般配置兩臺(tái)純化器，正常工作時(shí)，一臺(tái)吸附，吸附時(shí)間一般為3小時(shí)左，吸附壓力為0.5mp，另一臺(tái)再生，壓力為 0.005mp，溫度為150℃，兩臺(tái)交替運(yùn)行。這表明乙炔、丙烯、丁烷和丁烯等雜質(zhì)不能隨空氣進(jìn)入空分設(shè)備冷箱內(nèi)。在分子篩吸附器的設(shè)計(jì)中, 除選用性能好的吸附劑外,吸附劑的再生也不容忽視。即利用加熱脫附原理，以出冷箱的污氮?dú)庾鳛樵偕�載體，通過再生蒸 汽加熱器(e08)加熱，完成再生。如果再生不完全, 必定會(huì)影響下一個(gè)周期的吸附效率。若如此循環(huán)下去,最終將使吸附過程無法持續(xù)進(jìn)行。為此系統(tǒng)配置了電加熱器（e09）實(shí)施高溫特殊再生，特殊再生時(shí)，溫度甚至高達(dá)300，來完成系統(tǒng)長(zhǎng)周期運(yùn)行或吸附劑受到意外污染吸附劑吸附能力下降，使其恢復(fù)正常吸附性能。