無換向閥變壓吸附生產多濃度富氧氣體的方法
【專利摘要】無換向閥變壓吸附生產多濃度富氧氣體的方法，包括在真空變壓吸附分離器中的分離轉筒的空氣入口管加裝一臺壓縮機，在富氮抽氣管加裝一臺真空泵，利用一臺電腦、通過控制模塊、控制壓縮機轉速、和壓縮機與真空泵的起動、停止，并由控制模塊控制電機的旋轉速度以控制分子篩筒的旋轉速度，從而控制分子篩筒內的分子篩吸附和解析氮氣的時間，最終控制從富氧排氣管內排出的富氧氣體的濃度和流量；其特征在于：決定從富氧排氣管內排出的富氧氣體的濃度和流量、與壓縮機轉速、分子篩筒的旋轉速度和分子篩的填充密度有關。
【專利說明】無換向閥變壓吸附生產多濃度富氧氣體的方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及無換向閥變壓吸附生產多濃度富氧氣體的方法，適用于所有真空變壓吸附分離系統，屬于氣體分離【技術領域】。
【背景技術】
[0002]用于制取富氧氣體的真空變壓吸附分離技術已經非常成熟，但這項技術有一個缺點，那就是它需要多個換向閥，而且換向閥的換向頻率非常高，基本上是十幾秒鐘換向一次，對于這樣高頻次的換向工作，國內還沒有一個廠家能生產出質量過硬的換向閥，就是國外的換向閥也免不了經常出現問題，也就是說真空變壓吸附分離技術的弱項是換向閥，本發明是利用魏伯卿的發明專利《201410193438.6真空變壓吸附分離器中的分離轉筒》，設計生產出多種濃度富氧氣體的方法。
【發明內容】
[0003]本發明的目的是提供一種不使用換向閥的無換向閥變壓吸附生產多濃度富氧氣體的方法。
[0004]無換向閥變壓吸附生產多濃度富氧氣體的方法，包括在真空變壓吸附分離器中的分離轉筒的空氣入口管加裝一臺壓縮機，在富氮抽氣管加裝一臺真空泵，利用一臺電腦、通過控制模塊、控制壓縮機轉速、和壓縮機與真空泵的起動、停止，并由控制模塊控制電機的旋轉速度以控制分子篩筒的旋轉速度，從而控制分子篩筒內的分子篩吸附和解析氮氣的時間，最終控制從富氧排氣管內排出的富氧氣體的濃度和流量；其特征在于:
1、決定從富氧排氣管內排出的富氧氣體的濃度和流量、與壓縮機轉速、分子篩筒的旋轉速度和分子篩的填充密度有關；當需要較低的富氧氣體濃度時，將分子篩的填充密度減小、加大壓縮空氣在分子篩區的流經速度、適當加大壓縮機的轉速、并適當加大分子篩筒的旋轉速度，從而使空氣以較高的流速流經分子篩，以使從壓縮機壓入的空氣被分子篩吸附氮氣的比例減小，進而使從富氧排氣管內排出的富氧氣體的濃度減小但流量增大，在一定壓力范圍內，加大壓縮機的轉速、加大壓縮機出口空氣的壓力，會有利于分子篩吸附氮氣，所以壓縮機的旋轉速度不能增加太大，所以主要還是依靠加大分子篩筒的旋轉速度、以降低壓縮空氣流經分子篩的時間，從而減少空氣被分子篩吸附氮氣的比例，使從富氧排氣管內排出的富氧氣體留有更多的氮氣、其富氧氣體的濃度就必然降低；當需要較高的富氧氣體濃度時，增大分子篩的填充密度、減小壓縮空氣在分子篩區的流經速度、適當減小壓縮機的轉速、并適當減小分子篩筒的旋轉速度，從而使空氣以較低的流速流經分子篩，以使從壓縮機壓入的空氣被分子篩吸附氮氣的比例增加，進而使從富氧排氣管內排出的富氧氣體的濃度增大但流量減少；在控制從富氧排氣管內排出的富氧氣體的濃度時，分子篩筒的旋轉速度最為關鍵，在壓縮機壓縮空氣的壓力一定時，分子篩筒的旋轉速度越快、壓縮空氣流經分子篩區的時間越短、每個氮氣分子與分子篩的接觸時間即被分子篩吸附的時間越短、氮氣被吸附的比例也越少、最終從富氧排氣管內排出的富氧氣體內含有的氮氣比例越大、富氧氣體的濃度也就越小；在壓縮機壓縮空氣的壓力一定時，分子篩筒的旋轉速度越慢、壓縮空氣流經分子篩區的時間越長、每個氮氣分子與分子篩的接觸時間即被分子篩吸附的時間越長、氮氣被吸附的比例也越大、最終從富氧排氣管內排出的富氧氣體內含有的氮氣比例越小、富氧氣體的濃度也就越大；當需要較低濃度的富氧氣體時，需要減小分子篩的填充密度，其目的是為了增加壓縮空氣在分子篩區的流經速度，以減小壓縮空氣中氮氣分子與分子篩的平均接觸時間，從而減小分子篩吸附氮氣的比例；當需要較高濃度的富氧氣體時，需要加大分子篩的填充密度，其目的是為了降低壓縮空氣在分子篩區的流經速度，以加大壓縮空氣中氮氣分子與分子篩的平均接觸時間，從而加大分子篩吸附氮氣的比例；對于同一套設備，分子篩的填充密度越大、分子篩筒的旋轉速度越小、其生產的富氧氣體濃度就越大、富氧流量也就越小；對于同一套設備，分子篩的填充密度越小、分子篩筒的旋轉速度越大、其生產的富氧氣體濃度就越小、富氧流量也就越大。
[0005]2、真空變壓吸附分離器中的分離轉筒，包括左端的空氣進氣區P區、中間的分子篩區Q區和右端的富氧收集區R區。
[0006](A)、空氣進氣區P區包括空氣入口管、反吹氣出口管、進氣罩和進氣分配盤，進氣分配盤分為空氣進氣扇區、富氮抽氣對應扇區、反吹氣出氣扇區以及它們之間形成的過渡區，空氣進氣扇區與空氣入口管相連通，但與其他區隔離，反吹氣出氣扇區與反吹氣出口管相連通，但與其他區隔 離，富氮抽氣對應扇區為獨立盲區，與其他區均隔離；空氣進氣扇區的扇形角為0，富氮抽氣對應扇區的扇形角為β，反吹氣出氣扇區的扇形角為α，空氣進氣扇區與富氮抽氣對應扇區間的過渡區的扇形角為S，空氣進氣扇區與反吹氣出氣扇區的過渡區的扇形角為S，富氮抽氣對應扇區與反吹氣出氣扇區的過渡區的扇形角為δ。
[0007](B)、中間的分子篩區Q區包括分子篩筒、從動輪、電機、主動輪，分子篩筒以筒中心軸為對稱分割成多個形狀、大小相同的扇形區，扇形角均為Ω，每個扇形的分隔板兩端均有與扇形分隔板寬度一樣的橡膠片，橡膠片的長度為5mnT30mm,分子篩筒左端的橡膠片的長度與左端的空氣進氣扇區、富氮抽氣對應扇區、反吹氣出氣扇區以及它們之間形成的過渡區相匹配，并能使各區的氣體隔離而不會進入其他區域，分子篩筒右端的橡膠片的長度與右端的富氮抽氣扇區、富氧排氣扇區、反吹氣進氣扇區以及它們之間形成的過渡區相匹配，并能使各區的氣體隔離而不會進入其他區域；橡膠片順分子篩筒旋轉的方向前方一側有一個斜面、使其刮擦其左端的空氣進氣扇區、富氮抽氣對應扇區、反吹氣出氣扇區以及它們之間形成的過渡區的端面時、或刮擦其右端各富氮抽氣扇區、富氧排氣扇區、反吹氣進氣扇區以及它們之間形成的過渡區的端面時、橡膠片與這些扇區端面的接觸面更大，從而能與這些扇區端面形成更密封的刮擦，進而能滿足吹入較低壓力的空氣、較低壓力的反吹氣及較低真空度的抽真空條件的密封；分子篩筒能繞分子篩筒中心軸旋轉，分子篩筒下側正下方有一個從動輪，從動輪為長齒輪，從動輪外周有輪齒，分子篩筒外周有輪齒，分子篩筒外周的輪齒與從動輪外周的輪齒相匹配相嚙合，從動輪外周的輪齒又與主動輪的輪齒相嚙合，主動輪與電機軸相連，由電機帶動主動輪旋轉，主動輪帶動從動輪旋轉，從動輪再帶動分子篩筒旋轉，分子篩筒旋轉的角速度為V°/秒；從動輪的中心軸兩側有多個均布的支承輪，多個支承輪支承分子篩筒的重量。
[0008](C)、富氧收集區R區包括富氧排氣管、反吹氣入口管、富氮抽氣管、出氣罩和出氣分配盤，出氣分配盤分為富氮抽氣扇區、富氧排氣扇區、反吹氣進氣扇區以及它們之間形成的過渡區，富氮抽氣扇區與富氮抽氣管相連通，但與其他區隔離，富氧排氣扇區與富氧排氣管相連通，但與其他區隔離，反吹氣進氣扇區與反吹氣入口管相連通，但與其他區隔離；富氧排氣扇區的扇形角為0，富氮抽氣扇區的扇形角為β，反吹氣進氣扇區的扇形角為α，富氮抽氣扇區與富氧排氣扇區的過渡區的扇形角為S，富氧排氣扇區與反吹氣進氣扇區的過渡區的扇形角為S，富氮抽氣扇區與反吹氣進氣扇區的過渡區的扇形角為δ。
[0009](D)、富氮抽氣扇區的扇形角β/分子篩筒旋轉角速度V°/秒=同一扇形區的分子篩吸附氮氣的時間β /V0 (秒)，富氧排氣扇區的扇形角0/分子篩筒旋轉角速度VV秒=同一扇形區的分子篩解析氮氣的時間0/V° (秒)，反吹氣進氣扇區的扇形角α/分子篩筒旋轉角速度V°/秒=同一扇形區的分子篩反吹時間a/V° (秒)，根據分子篩的特性確定參數β/V0、0/V°、a /V°，和客戶要求生產的富氧氣體的濃度參數，計算出分子篩筒旋轉角速度V°/秒、和富氧排氣扇區的扇形角0、富氮抽氣扇區的扇形角β、反吹氣進氣扇區的扇形角α ；富氮抽氣扇區與富氧排氣扇區的過渡區的扇形角S、富氧排氣扇區與反吹氣進氣扇區的過渡區的扇形角δ、富氮抽氣扇區與反吹氣進氣扇區的過渡區的扇形角δ、這三個δ角與分子篩筒內分子篩扇形區扇形角Ω的關系為:2Ω < δ。[0010](Ε)、進氣分配盤的空氣進氣扇區與出氣分配盤的富氧排氣扇區位置相對，使從空氣入口管吹入的帶有一定壓力的空氣、進入到空氣進氣扇區后、經與空氣進氣扇區相連的分子篩扇區的分子篩相接觸、其中的絕大部分氮氣被分子篩吸附后、剩余的富氧氣體從富氧排氣扇區進入到富氧排氣管、然后輸送到使用富氧氣體的裝置，每一扇分子篩筒內分子篩扇區經過空氣進氣扇區與富氧排氣扇區之間的區域的時間、即為該扇區內的分子篩吸附氮氣的時間；進氣分配盤的富氮抽氣對應扇區與出氣分配盤的富氮抽氣扇區位置相對，使從吸附氮氣的空氣進氣扇區和富氧排氣扇區之間的空間區域、旋轉到富氮抽氣對應扇區與富氮抽氣扇區之間的空間區域時，分子篩筒內吸附的氮氣被真空泵經富氮抽氣扇區、從富氮抽氣管抽出，每一扇分子篩筒內分子篩扇區經過富氮抽氣對應扇區與富氮抽氣扇區之間的區域的時間、即為該扇區內的分子篩解析氮氣的時間；進氣分配盤的反吹氣出氣扇區與出氣分配盤的反吹氣進氣扇區位置相對，使從富氮抽氣對應扇區與富氮抽氣扇區之間的空間區域、旋轉到反吹氣出氣扇區與反吹氣進氣扇區之間的空間區域時，被解析后的分子篩被反吹，每一扇分子篩筒內分子篩扇區經過反吹氣出氣扇區與反吹氣進氣扇區之間的區域的時間、即為該扇區內的分子篩反吹時間。
[0011]本發明與現有技術相比具有以下優點:
1.不使用換向閥不僅降低了占總設備費用比超過30%的換向閥的投資費用，而且還減小了因換向閥的故障維修和停產帶來的損失。
[0012]2.可以根據客戶的需求設計生產出不同濃度的富氧氣體，其主要影響富氧氣體濃度與流量的參數包括分子篩的填充密度和分子篩筒的旋轉速度；對于同一套設備，分子篩的填充密度越大、分子篩筒的旋轉速度越小、其生產的富氧氣體濃度就越大、富氧流量也就越小；對于同一套設備，分子篩的填充密度越小、分子篩筒的旋轉速度越大、其生產的富氧氣體濃度就越小、富氧流量也就越大。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1是本發明實施例的剖面結構示意圖；圖2是圖1所示實施例的AA剖面示意圖；
圖3是圖1所示實施例的BB剖面示意圖；
圖4是圖1所示實施例的CC剖面示意圖。
[0014] 圖1一4中:1、空氣入口管2、反吹氣出口管3、進氣罩4、進氣分配盤5、分子篩筒
6、從動輪7、電機8、主動輪9、出氣分配盤10、出氣罩11、富氧排氣管12、反吹氣入口管13、富氮抽氣管14、空氣進氣扇區與富氮抽氣對應扇區間的過渡區15、富氮抽氣對應扇區16、空氣進氣扇區17、進氣分配盤中心軸18、空氣進氣扇區與反吹氣出氣扇區的過渡區19、反吹氣出氣扇區20、富氮抽氣對應扇區與反吹氣出氣扇區的過渡區21、分子篩扇區22、支承輪23、主動輪軸24、分子篩筒中心軸25、富氮抽氣扇區與富氧排氣扇區的過渡區26、富氮抽氣扇區27、富氧排氣扇區28、出氣分配盤中心軸29、富氧排氣扇區與反吹氣進氣扇區的過渡區30、反吹氣進氣扇區31、富氮抽氣扇區與反吹氣進氣扇區的過渡區32、壓縮機33、控制模塊34、真空泵35、控制電腦36、總電源。
【具體實施方式】
[0015]在圖1一4所示的實施例中:無換向閥變壓吸附生產多濃度富氧氣體的方法，包括在真空變壓吸附分離器中的分離轉筒的空氣入口管I加裝一臺壓縮機32，在富氮抽氣管13加裝一臺真空泵34，利用一臺控制電腦35、通過控制模塊33、控制壓縮機32轉速、和壓縮機32與真空泵34的起動、停止，并由控制模塊33控制電機7的旋轉速度以控制分子篩筒5的旋轉速度，從而控制分子篩筒5內的分子篩吸附和解析氮氣的時間，最終控制從富氧排氣管11內排出的富氧氣體的濃度和流量；其特征在于:
1、決定從富氧排氣管11內排出的富氧氣體的濃度和流量、與壓縮機32轉速、分子篩筒5的旋轉速度和分子篩的填充密度有關；當需要較低的富氧氣體濃度時，將分子篩的填充密度減小、加大壓縮空氣在分子篩區的流經速度、適當加大壓縮機32的轉速、并適當加大分子篩筒5的旋轉速度，從而使空氣以較高的流速流經分子篩，以使從壓縮機32壓入的空氣被分子篩吸附氮氣的比例減小，進而使從富氧排氣管11內排出的富氧氣體的濃度減小但流量增大，在一定壓力范圍內，加大壓縮機32的轉速、加大壓縮機32出口空氣的壓力，會有利于分子篩吸附氮氣，壓縮機32的旋轉速度不能增加太大，所以主要還是依靠加大分子篩筒5的旋轉速度、以降低壓縮空氣流經分子篩的時間，從而減少空氣被分子篩吸附氮氣的比例，使從富氧排氣管11內排出的富氧氣體留有更多的氮氣、其富氧氣體的濃度就必然降低；當需要較高的富氧氣體濃度時，增大分子篩的填充密度、減小壓縮空氣在分子篩區的流經速度、適當減小壓縮機32的轉速、并適當減小分子篩筒5的旋轉速度，從而使空氣以較低的流速流經分子篩，以使從壓縮機32壓入的空氣被分子篩吸附氮氣的比例增加，進而使從富氧排氣管11內排出的富氧氣體的濃度增大但流量減少；在控制從富氧排氣管11內排出的富氧氣體的濃度時，分子篩筒5的旋轉速度最為關鍵，在壓縮機32壓縮空氣的壓力一定時，分子篩筒5的旋轉速度越快、壓縮空氣流經分子篩區的時間越短、每個氮氣分子與分子篩的接觸時間即被分子篩吸附的時間越短、氮氣被吸附的比例也越少、最終從富氧排氣管11內排出的富氧氣體內含有的氮氣比例越大、富氧氣體的濃度也就越小；在壓縮機32壓縮空氣的壓力一定時，分子篩筒5的旋轉速度越慢、壓縮空氣流經分子篩區的時間越長、每個氮氣分子與分子篩的接觸時間即被分子篩吸附的時間越長、氮氣被吸附的比例也越大、最終從富氧排氣管11內排出的富氧氣體內含有的氮氣比例越小、富氧氣體的濃度也就越大；當需要較低濃度的富氧氣體時，需要減小分子篩的填充密度，其目的是為了增加壓縮空氣在分子篩區的流經速度，以減小壓縮空氣中氮氣分子與分子篩的平均接觸時間，從而減小分子篩吸附氮氣的比例；當需要較高濃度的富氧氣體時，需要加大分子篩的填充密度，其目的是為了降低壓縮空氣在分子篩區的流經速度，以加大壓縮空氣中氮氣分子與分子篩的平均接觸時間，從而加大分子篩吸附氮氣的比例；對于同一套設備，分子篩的填充密度越大、分子篩筒5的旋轉速度越小、其生產的富氧氣體濃度就越大、富氧流量也就越小；對于同一套設備，分子篩的填充密度越小、分子篩筒5的旋轉速度越大、其生產的富氧氣體濃度就越小、富氧流量也就越大。
[0016]2、真空變壓吸附分離器中的分離轉筒，包括左端的空氣進氣區P區、中間的分子篩區Q區和右端的富氧收集區R區。
[0017]空氣進氣區P區包括空氣入口管1、反吹氣出口管2、進氣罩3和進氣分配盤4，進氣分配盤4分為空氣進氣扇區16、富氮抽氣對應扇區15、反吹氣出氣扇區19以及它們之間形成的過渡區，空氣進氣扇區16與空氣入口管I相連通，但與其他區隔離，反吹氣出氣扇區19與反吹氣出口管2 相連通，但與其他區隔離，富氮抽氣對應扇區15為獨立盲區，與其他區均隔離；空氣進氣扇區16的扇形角為0,富氮抽氣對應扇區15的扇形角為β ,反吹氣出氣扇區19的扇形角為α ,空氣進氣扇區16與富氮抽氣對應扇區15間的過渡區的扇形角為S，空氣進氣扇區16與反吹氣出氣扇區19的過渡區的扇形角為δ，富氮抽氣對應扇區15與反吹氣出氣扇區19的過渡區的扇形角為δ。
[0018]中間的分子篩區Q區包括分子篩筒5、從動輪6、電機7、主動輪8，分子篩筒5以筒中心軸為對稱分割成多個形狀、大小相同的扇形區，扇形角均為Ω，每個扇形的分隔板兩端均有與扇形分隔板寬度一樣的橡膠片，橡膠片的長度為5mnT30mm,分子篩筒5左端的橡膠片的長度與左端的空氣進氣扇區16、富氮抽氣對應扇區15、反吹氣出氣扇區19以及它們之間形成的過渡區相匹配，并能使各區的氣體隔離而不會進入其他區域，分子篩筒5右端的橡膠片的長度與右端的富氮抽氣扇區26、富氧排氣扇區27、反吹氣進氣扇區30以及它們之間形成的過渡區相匹配，并能使各區的氣體隔離而不會進入其他區域；橡膠片順分子篩筒5旋轉的方向前方一側有一個斜面、使其刮擦其左端的空氣進氣扇區16、富氮抽氣對應扇區15、反吹氣出氣扇區19以及它們之間形成的過渡區的端面時、或刮擦其右端各富氮抽氣扇區26、富氧排氣扇區27、反吹氣進氣扇區30以及它們之間形成的過渡區的端面時、橡膠片與這些扇區端面的接觸面更大，從而能與這些扇區端面形成更密封的刮擦，進而能滿足吹入較低壓力的空氣、較低壓力的反吹氣及較低真空度的抽真空條件的密封；分子篩筒5能繞分子篩筒5中心軸旋轉,分子篩筒5下側正下方有一個從動輪6,從動輪6為長齒輪，從動輪6外周有輪齒，分子篩筒5外周有輪齒，分子篩筒5外周的輪齒與從動輪6外周的輪齒相匹配相嚙合，從動輪6外周的輪齒又與主動輪8的輪齒相嚙合，主動輪8與電機7軸相連，由電機7帶動主動輪8旋轉，主動輪8帶動從動輪6旋轉，從動輪6再帶動分子篩筒5旋轉，分子篩筒5旋轉的角速度為V°/秒；從動輪6的中心軸兩側有多個均布的支承輪22，多個支承輪22支承分子篩筒5的重量。
[0019]富氧收集區R區包括富氧排氣管11、反吹氣入口管12、富氮抽氣管13、出氣罩10和出氣分配盤9，出氣分配盤9分為富氮抽氣扇區26、富氧排氣扇區27、反吹氣進氣扇區30以及它們之間形成的過渡區，富氮抽氣扇區26與富氮抽氣管13相連通，但與其他區隔離，富氧排氣扇區27與富氧排氣管11相連通，但與其他區隔離，反吹氣進氣扇區30與反吹氣入口管12相連通，但與其他區隔離；富氧排氣扇區27的扇形角為0，富氮抽氣扇區26的扇形角為β，反吹氣進氣扇區30的扇形角為α，富氮抽氣扇區26與富氧排氣扇區27的過渡區的扇形角為S，富氧排氣扇區27與反吹氣進氣扇區30的過渡區的扇形角為δ，富氮抽氣扇區26與反吹氣進氣扇區30的過渡區的扇形角為δ。
[0020]富氮抽氣扇區26的扇形角β /分子篩筒5旋轉角速度V°/秒=同一扇形區的分子篩吸附氮氣的時間β /V° (秒)，富氧排氣扇區27的扇形角0/分子篩筒5旋轉角速度V°/秒=同一扇形區的分子篩解析氮氣的時間0Λ° (秒)，反吹氣進氣扇區30的扇形角α/分子篩筒5旋轉角速度V°/秒=同一扇形區的分子篩反吹時間a/V° (秒)，根據分子篩的特性確定參數i3/V°、0/V°、a/V°，和客戶要求生產的富氧氣體的濃度參數，計算出分子篩筒5旋轉角速度V°/秒、和富氧排氣扇區27的扇形角0、富氮抽氣扇區26的扇形角β、反吹氣進氣扇區30的扇形角α ;富氮抽氣扇區26與富氧排氣扇區27的過渡區的扇形角δ、富氧排氣扇區27與反吹氣進氣扇區30的過渡區的扇形角δ、富氮抽氣扇區26與反吹氣進氣扇區30的過渡區的扇形角 δ、這三個δ角與分子篩筒5內分子篩扇形區扇形角Ω的關系為:2 Ω ( δ。
[0021]進氣分配盤4的空氣進氣扇區16與出氣分配盤9的富氧排氣扇區27位置相對，使從空氣入口管I吹入的帶有一定壓力的空氣、進入到空氣進氣扇區16后、經與空氣進氣扇區16相連的分子篩扇區的分子篩相接觸、其中的絕大部分氮氣被分子篩吸附后、剩余的富氧氣體從富氧排氣扇區27進入到富氧排氣管11、然后輸送到使用富氧氣體的裝置，每一扇分子篩筒5內分子篩扇區經過空氣進氣扇區16與富氧排氣扇區27之間的區域的時間、即為該扇區內的分子篩吸附氮氣的時間；進氣分配盤4的富氮抽氣對應扇區15與出氣分配盤9的富氮抽氣扇區26位置相對，使從吸附氮氣的空氣進氣扇區16和富氧排氣扇區27之間的空間區域、旋轉到富氮抽氣對應扇區15與富氮抽氣扇區26之間的空間區域時，分子篩筒5內吸附的氮氣被真空泵經富氮抽氣扇區26、從富氮抽氣管13抽出，每一扇分子篩筒5內分子篩扇區經過富氮抽氣對應扇區15與富氮抽氣扇區26之間的區域的時間、即為該扇區內的分子篩解析氮氣的時間；進氣分配盤4的反吹氣出氣扇區19與出氣分配盤9的反吹氣進氣扇區30位置相對，使從富氮抽氣對應扇區15與富氮抽氣扇區26之間的空間區域、旋轉到反吹氣出氣扇區19與反吹氣進氣扇區30之間的空間區域時，被解析后的分子篩被反吹，每一扇分子篩筒5內分子篩扇區經過反吹氣出氣扇區19與反吹氣進氣扇區30之間的區域的時間、即為該扇區內的分子篩反吹時間。
【權利要求】
1.無換向閥變壓吸附生產多濃度富氧氣體的方法，包括在真空變壓吸附分離器中的分離轉筒的空氣入口管(I)加裝一臺壓縮機(32)，在富氮抽氣管(13)加裝一臺真空泵(34)，利用一臺控制電腦(35)、通過控制模塊(33)、控制壓縮機(32)轉速、和壓縮機(32)與真空泵(34)的起動、停止，并由控制模塊(33)控制電機(7)的旋轉速度以控制分子篩筒(5)的旋轉速度，從而控制分子篩筒(5)內的分子篩吸附和解析氮氣的時間，最終控制從富氧排氣管(11)內排出的富氧氣體的濃度和流量；其特征在于:決定從富氧排氣管(11)內排出的富氧氣體的濃度和流量、與壓縮機(32)轉速、分子篩筒(5)的旋轉速度和分子篩的填充密度有關；當需要較低的富氧氣體濃度時，將分子篩的填充密度減小、加大壓縮空氣在分子篩區的流經速度、適當加大壓縮機(32)的轉速、并適當加大分子篩筒(5)的旋轉速度，從而使空氣以較高的流速流經分子篩，以使從壓縮機(32)壓入的空氣被分子篩吸附氮氣的比例減小，進而使從富氧排氣管(11)內排出的富氧氣體的濃度減小但流量增大，在一定壓力范圍內，加大壓縮機(32)的轉速、加大壓縮機(32)出口空氣的壓力，會有利于分子篩吸附氮氣，壓縮機(32)的旋轉速度不能增加太大，所以主要還是依靠加大分子篩筒(5)的旋轉速度、以降低壓縮空氣流經分子篩的時間，從而減少空氣被分子篩吸附氮氣的比例，使從富氧排氣管(11)內排出的富氧氣體留有更多的氮氣、其富氧氣體的濃度就必然降低；當需要較高的富氧氣體濃度時，增大分子篩的填充密度、減小壓縮空氣在分子篩區的流經速度、適當減小壓縮機(32)的轉速、并適當減小分子篩筒(5)的旋轉速度，從而使空氣以較低的流速流經分子篩，以使從壓縮機(32)壓入的空氣被分子篩吸附氮氣的比例增加，進而使從富氧排氣管(11)內排出的富氧氣體的濃度增大但流量減少；在控制從富氧排氣管(11)內排出的富氧氣體的濃度時，分子篩筒(5)的旋轉速度最為關鍵，在壓縮機(32)壓縮空氣的壓力一定時，分子篩筒(5)的旋轉速度越快、壓縮空氣流經分子篩區的時間越短、每個氮氣分子與分子篩的接觸時間即被分子篩吸附的時間越短、氮氣被吸附的比例也越少、最終從富氧排氣管(11)內排出的富氧 氣體內含有的氮氣比例越大、富氧氣體的濃度也就越小；在壓縮機(32)壓縮空氣的壓力一定時，分子篩筒(5)的旋轉速度越慢、壓縮空氣流經分子篩區的時間越長、每個氮氣分子與分子篩的接觸時間即被分子篩吸附的時間越長、氮氣被吸附的比例也越大、最終從富氧排氣管(11)內排出的富氧氣體內含有的氮氣比例越小、富氧氣體的濃度也就越大；當需要較低濃度的富氧氣體時，需要減小分子篩的填充密度，其目的是為了增加壓縮空氣在分子篩區的流經速度，以減小壓縮空氣中氮氣分子與分子篩的平均接觸時間，從而減小分子篩吸附氮氣的比例；當需要較高濃度的富氧氣體時，需要加大分子篩的填充密度，其目的是為了降低壓縮空氣在分子篩區的流經速度，以加大壓縮空氣中氮氣分子與分子篩的平均接觸時間，從而加大分子篩吸附氮氣的比例；對于同一套設備，分子篩的填充密度越大、分子篩筒(5)的旋轉速度越小、其生產的富氧氣體濃度就越大、富氧流量也就越小；對于同一套設備，分子篩的填充密度越小、分子篩筒(5)的旋轉速度越大、其生產的富氧氣體濃度就越小、富氧流量也就越大。
2.如權利要求1所述的無換向閥變壓吸附生產多濃度富氧氣體的方法，其特征在于:真空變壓吸附分離器中的分離轉筒，包括左端的空氣進氣區P區、中間的分子篩區Q區和右端的富氧收集區R區； (A)空氣進氣區P區包括空氣入口管(I)、反吹氣出口管(2)、進氣罩(3)和進氣分配盤(4)，進氣分配盤(4)分為空氣進氣扇區(16)、富氮抽氣對應扇區(15)、反吹氣出氣扇區(19)以及它們之間形成的過渡區，空氣進氣扇區(16)與空氣入口管(I)相連通，但與其他區隔離，反吹氣出氣扇區(19)與反吹氣出口管(2)相連通，但與其他區隔離，富氮抽氣對應扇區(15)為獨立盲區，與其他區均隔離；空氣進氣扇區(16)的扇形角為0，富氮抽氣對應扇區(15)的扇形角為β ,反吹氣出氣扇區(19)的扇形角為α，空氣進氣扇區(16)與富氮抽氣對應扇區(15 )間的過渡區的扇形角為δ，空氣進氣扇區(16 )與反吹氣出氣扇區(19 )的過渡區的扇形角為S，富氮抽氣對應扇區(15)與反吹氣出氣扇區(19)的過渡區的扇形角為δ ； (B)中間的分子篩區Q區包括分子篩筒(5)、從動輪(6)、電機(7)、主動輪(8)，分子篩筒(5)以筒中心軸為對稱分割成多個形狀、大小相同的扇形區，扇形角均為Ω，每個扇形的分隔板兩端均有與扇形分隔板寬度一樣的橡膠片，橡膠片的長度為5mnT30mm，分子篩筒(5)左端的橡膠片的長度與左端的空氣進氣扇區(16)、富氮抽氣對應扇區(15)、反吹氣出氣扇區(19)以及它們之間形成的過渡區相匹配，并能使各區的氣體隔離而不會進入其他區域，分子篩筒(5)右端的橡膠片的長度與右端的富氮抽氣扇區(26)、富氧排氣扇區(27)、反吹氣進氣扇區(30)以及它們之間形成的過渡區相匹配，并能使各區的氣體隔離而不會進入其他區域；橡膠片順分子篩筒(5)旋轉的方向前方一側有一個斜面、使其刮擦其左端的空氣進氣扇區(16)、富氮抽氣對應扇區(15)、反吹氣出氣扇區(19)以及它們之間形成的過渡區的端面時、或刮擦其右端各富氮抽氣扇區(26)、富氧排氣扇區(27)、反吹氣進氣扇區(30)以及它們之間形成的過渡區的端面時、橡膠片與這些扇區端面的接觸面更大，從而能與這些扇區端面形成更密封的刮擦，進而能滿足吹入較低壓力的空氣、較低壓力的反吹氣及較低真空度的抽真空條件的密封；分子篩筒(5)能繞分子篩筒(5)中心軸旋轉，分子篩筒(5)下側正下方有一個從動輪(6),從動輪(6)為長齒輪,從動輪(6)外周有輪齒,分子篩筒(5)外周有輪齒，分子篩筒(5)外周的輪齒與從動輪(6)外周的輪齒相匹配相嚙合，從動輪(6 )外周的輪齒又與主動輪(8 )的輪齒相嚙合，主動輪(8 )與電機(7 )軸相連，由電機(7 )帶動主動輪(8 )旋轉，主動輪(8 )帶動從動輪(6 )旋轉，從動輪(6 )再帶動分子篩筒(5 )旋轉，分子篩筒(5)旋轉的角速度為V° /秒；從動輪(6)的中心軸兩側有多個均布的支承輪(22)，多個支承輪(22)支承分子篩筒(5)的重量； (C)富氧收集區R區包括富氧排氣管(11)、反吹氣入口管(12)、富氮抽氣管(13)、出氣罩(10)和出氣分配盤(9)，出氣分配盤(9)分為富氮抽氣扇區(26)、富氧排氣扇區(27)、反吹氣進氣扇區(30)以及它們之間形成的過渡區，富氮抽氣扇區(26)與富氮抽氣管(13)相連通，但與其他區隔離，富氧排氣扇區(27)與富氧排氣管(11)相連通，但與其他區隔離，反吹氣進氣扇區(30)與反吹氣入口管(12)相連通，但與其他區隔離；富氧排氣扇區(27)的扇形角為0，富氮抽氣扇區(26)的扇形角為β，反吹氣進氣扇區(30)的扇形角為α，富氮抽氣扇區(26)與富氧排氣扇區(27)的過渡區的扇形角為δ，富氧排氣扇區(27)與反吹氣進氣扇區(30)的過渡區的扇形角為δ，富氮抽氣扇區(26)與反吹氣進氣扇區(30)的過渡區的扇形角為δ ； (D)富氮抽氣扇區(26)的扇形角β/分子篩筒(5)旋轉角速度V°/秒=同一扇形區的分子篩吸附氮氣的時間β/ν° (秒)，富氧排氣扇區(27)的扇形角0/分子篩筒(5)旋轉角速度V°/秒=同一扇形區的分子篩解析氮氣的時間0/V° (秒)，反吹氣進氣扇區(30)的扇形角α/分子篩筒(5)旋轉角速度V°/秒=同一扇形區的分子篩反吹時間a/V° (秒)，根據分子篩的特性確定參數β /ν°、0/ν°、α/ν°,和客戶要求生產的富氧氣體的濃度參數，計算出分子篩筒(5)旋轉角速度V°/秒、和富氧排氣扇區(27)的扇形角0、富氮抽氣扇區(26)的扇形角β、反吹氣進氣扇區(30)的扇形角α ;富氮抽氣扇區(26)與富氧排氣扇區(27)的過渡區的扇形角S、富氧排氣扇區(27)與反吹氣進氣扇區(30)的過渡區的扇形角δ、富氮抽氣扇區(26)與反吹氣進氣扇區(30)的過渡區的扇形角δ、這三個δ角與分子篩筒(5)內分子篩扇形區扇形角Ω的關系為:2Ω < δ ; (E)進氣分配盤(4)的空氣進氣扇區(16)與出氣分配盤(9)的富氧排氣扇區(27)位置相對，使從空氣入口管(I)吹入的帶有一定壓力的空氣、進入到空氣進氣扇區(16)后、經與空氣進氣扇區(16)相連的分子篩扇區的分子篩相接觸、其中的絕大部分氮氣被分子篩吸附后、剩余的富氧氣體從富氧排氣扇區(27)進入到富氧排氣管(11)、然后輸送到使用富氧氣體的裝置，每一扇分子篩筒(5)內分子篩扇區經過空氣進氣扇區(16)與富氧排氣扇區(27)之間的區域的時間、即為該扇區內的分子篩吸附氮氣的時間；進氣分配盤(4)的富氮抽氣對應扇區(15 )與出氣分配盤(9 )的富氮抽氣扇區(26 )位置相對，使從吸附氮氣的空氣進氣扇區(16) 和富氧排氣扇區(27)之間的空間區域、旋轉到富氮抽氣對應扇區(15)與富氮抽氣扇區(26)之間的空間區域時，分子篩筒(5)內吸附的氮氣被真空泵經富氮抽氣扇區(26)、從富氮抽氣管(13)抽出，每一扇分子篩筒(5)內分子篩扇區經過富氮抽氣對應扇區(15)與富氮抽氣扇區(26)之間的區域的時間、即為該扇區內的分子篩解析氮氣的時間；進氣分配盤(4)的反吹氣出氣扇區(19)與出氣分配盤(9)的反吹氣進氣扇區(30)位置相對，使從富氮抽氣對應扇區(15)與富氮抽氣扇區(26)之間的空間區域、旋轉到反吹氣出氣扇區(19)與反吹氣進氣扇區(30)之間的空間區域時，被解析后的分子篩被反吹，每一扇分子篩筒(5)內分子篩扇區經過反吹氣出氣扇區(19)與反吹氣進氣扇區(30)之間的區域的時間、即為該扇區內的分子篩反吹時間。
【文檔編號】B01D53/047GK103950896SQ201410205182
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年5月16日 優先權日:2014年5月16日
【發明者】魏伯卿 申請人:魏伯卿