專利名稱：多成分有機氣體變壓吸附與實時測試控制實驗裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及到環(huán)境保護領(lǐng)域中大氣污染控制設(shè)備，特指一種多成分有機氣體變壓吸附與實時測試控制實驗裝置。
背景技術(shù)：
在涂裝，印刷，制鞋和化工生產(chǎn)的許多行業(yè)中，一些工業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝過程都伴有大量的揮發(fā)性化合物(VOCS)廢氣的排出。揮發(fā)性有機化合物廢氣能夠?qū)θ说慕】岛蛣又参锏纳L造成危害。隨著人們對生活質(zhì)量的要求不斷提高，國家也將大氣污染采取了更加嚴(yán)格的控制措施。以前很少關(guān)注的揮發(fā)性有機氣體的處理將成為大氣污染控制的一個重點。對排放的VOCS廢氣的治理，一般情況下有多種工藝技術(shù)可以應(yīng)用，但對于目前國內(nèi)許多生產(chǎn)工藝過程產(chǎn)生的大風(fēng)量，低濃度的VOCS廢氣的控制與治理，是空氣凈化的難題。目前來看吸附能比較好的解決這個問題，在國外發(fā)達國家吸附的機理尚沒有完全搞明白，工業(yè)化的應(yīng)用也只是根據(jù)小型裝置實驗的經(jīng)驗進行適當(dāng)?shù)姆糯?；國?nèi)對有機氣體的吸附研究尚處于起步階段，尚沒有成套的為了給吸附研究和教學(xué)提供便利的實驗裝置，開發(fā)連續(xù)性變壓吸附實驗裝置已成為亟待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題就在于針對現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種性能安全可靠、使用簡捷方便、處理效率高、能耗低、結(jié)構(gòu)緊湊、美觀大方的多成分有機氣體變壓吸附與實時測試控制實驗裝置。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的解決方案為一種多成分有機氣體變壓吸附與實時測試控制實驗裝置，其特征在于它包括干燥柱、氣體混合柱、有機氣體發(fā)生器、微型填料柱以及一個或一個以上的變壓吸附柱，所述干燥柱的出口處分成三路，一路直接與變壓吸附柱上端的進氣口相連，一路與氣體混合柱的進氣口相連，另一路經(jīng)有機氣體發(fā)生器和微型填料柱與氣體混合柱的進氣口相連，氣體混合柱的出口與變壓吸附柱下端的入口相連，每個變壓吸附柱上均設(shè)有三個或三個以上的氣體采樣單元以及與氣體采樣單元對應(yīng)的溫度采樣單元，變壓吸附柱的中段處設(shè)有壓力采樣單元，每個變壓吸附柱的下端設(shè)有兩個或兩個以上的第二溫度采樣單元，氣體采樣單元與氣相色譜儀相連，壓力采樣單元和溫度采樣單元與溫度、壓力數(shù)字采集系統(tǒng)相連。
所述干燥柱與變壓吸附柱上端入口之間的管路分成大流量的吹掃脫附管路和小流量的真空脫附管路。
所述變壓吸附柱的所有進、出口管路上均設(shè)有手動閥和三通。
所述微型填料柱的上方設(shè)有蛇形管換熱器，蛇形管換熱器與一恒溫水箱相連。
所述干燥柱的出口與氣體混合柱入口連通的管路上設(shè)有第一轉(zhuǎn)子流量計，微型填料柱的出口與氣體混合柱入口連通的管路上設(shè)有第二轉(zhuǎn)子流量計，干燥柱的出口與變壓吸附柱連通的兩管路上也設(shè)有第三轉(zhuǎn)子流量計以及手動閥。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點就在于本發(fā)明的多成分有機氣體變壓吸附與實時測試控制實驗裝置可以用來研究不同壓力下，不同種類吸附劑對不同種類氣體的吸附，特別對多成分的有機氣體的吸附凈化分離以及其吸附/脫附過程中的傳熱與傳質(zhì)進行微尺度的深化研究。此裝置既可用于日常的教學(xué)，也可推廣于處理工業(yè)廢氣的應(yīng)用。對于一般的低濃度有機廢氣其吸附效率在95％以上，對實驗室環(huán)境不會造成污染，其具有性能安全可靠，使用簡捷方便，結(jié)構(gòu)緊湊，美觀大方等特點。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明的工作流程示意圖。
具體實施例方式
以下將結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明做進一步詳細(xì)說明。
如圖1所示，本發(fā)明的一種多成分有機氣體變壓吸附與實時測試控制實驗裝置，它包括干燥柱1、氣體混合柱3、有機氣體發(fā)生器18、微型填料柱5以及一個或一個以上的變壓吸附柱10，所述干燥柱1的出口處分成三路，一路直接與變壓吸附柱10上端的入口相連，一路與氣體混合柱3的進氣口相連，另一路經(jīng)有機氣體發(fā)生器18和微型填料柱5與氣體混合柱3的進氣口相連，氣體混合柱3的出口與變壓吸附柱10下端的進氣口相連，每個變壓吸附柱10上均設(shè)有三個或三個以上的氣體采樣單元21以及與氣體采樣單元21對應(yīng)的溫度采樣單元15，變壓吸附柱10的中段處設(shè)有壓力采樣單元14，每個變壓吸附柱10上的下端設(shè)有兩個或兩個以上的第二溫度采樣單元22，氣體采樣單元21與氣相色譜儀7相連，壓力采樣單元14和溫度采樣單元15與溫度、壓力數(shù)字采集系統(tǒng)13相連。干燥柱1與變壓吸附柱10上端入口之間的管路分成大流量的吹掃脫附管路20和小流量的真空脫附管路23。變壓吸附柱10的所有進、出口管路上均設(shè)有手動閥和三通。微型填料柱5的上方設(shè)有蛇形管換熱器4，蛇形管換熱器4與一恒溫水箱6相連。干燥柱1的出口與氣體混合柱3入口連通的管路上設(shè)有第一轉(zhuǎn)子流量計2，微型填料柱5的出口與氣體混合柱3入口連通的管路上設(shè)有第二轉(zhuǎn)子流量計24，干燥柱1的出口與變壓吸附柱10連通的兩管路上也設(shè)有第三轉(zhuǎn)子流量計25以及手動閥。
參見圖1和圖2，本發(fā)明的具體實施例中，干燥柱1為一筒狀結(jié)構(gòu)，其內(nèi)裝有干燥劑，干燥劑可為硅膠或其他物質(zhì)，可吸收空氣中的水分，處理在實驗過程中可能引起腐蝕的濕分。干燥柱1的出口通過三通分別于氣體混合柱3、有機氣體發(fā)生器18和變壓吸附柱10連通，如圖所示，有機氣體發(fā)生器18為設(shè)有三個連通口之瓶狀器皿，瓶內(nèi)裝有有機溶劑，可揮發(fā)出有機氣體，提供實驗所用的均勻濃度的有機氣體，其中以連通口連通干燥柱1干燥后的氣體，另一個連通口連接微量泵17，第三個連通口與微型填料柱5連通。微型填料柱5為上部開設(shè)有連通嘴之塔式結(jié)構(gòu)，柱內(nèi)裝填亂堆的瓷拉西環(huán)，可作為氣(汽)、液兩相傳質(zhì)用的設(shè)備，其上端開口與蛇形管換熱器4下端配合，下端開口與有機氣體發(fā)生器18中間連通口配套，連通嘴與微量泵17連通，利用微量泵17抽出的有機氣體發(fā)生器18內(nèi)液體進入微型填料柱5，液體從上而下經(jīng)過填料，可產(chǎn)生大量的過飽和有機氣體，該氣體通過蛇形管換熱器4控制溫度，進而過飽和氣體冷凝成液體并回流。蛇形管換熱器置4位于微型填料柱5的上方，其上設(shè)有與恒溫水箱6相通的進出管，低溫恒溫水從上部進入從下部排出，可冷凝過飽和的有機氣體從而產(chǎn)生一定濃度的揮發(fā)性有機氣體。氣體混合柱3也為筒狀結(jié)構(gòu)，可由普通玻璃制成，上端接有三通，其中一接口與干燥后的氣體連接，另一接口接蛇形管換熱器4，通過三通分別將空氣和有機氣體導(dǎo)入氣體混合柱3內(nèi)，可使干燥好的待測氣體更充分地與有機氣體混合，使實驗更準(zhǔn)確，并起到緩沖作用。氣體混合柱3通過三通與電磁閥進入變壓吸附柱。變壓吸附柱10為不銹鋼制成的，其內(nèi)放有吸附劑，吸附劑可以為活性炭、氧化鋁、硅膠、沸石等。每個變壓吸附柱10都分別設(shè)有四個濃度測試單元，六個溫度采樣單元15和一個壓力采樣單元14，四個濃度測試單元接口分別都接有手動閥16，當(dāng)要與氣相色譜儀7連通進行采樣時就打開手動閥16測試吸附/脫附的濃度。溫度采樣單元15接口均接有溫度傳感器，壓力采樣單元14接口接有壓力表與壓力傳感器，溫度傳感器與壓力傳感器都接到溫度、壓力數(shù)字采集系統(tǒng)13進行信號轉(zhuǎn)化并采集數(shù)據(jù)。每個變壓吸附柱10的進出口管路上均設(shè)有三通與手動閥，用于可與氣相色譜儀7連通測試進出口濃度，如氣體混合柱3與變壓吸附柱10連通的管路，干燥柱1分大小兩流量與變壓吸附柱10連接的管路，從變壓吸附柱10上端出口與真空泵11連接的管路，從變壓吸附柱10下端出口與冷凝器連接的管路。吸附凈化后的氣體由真空泵11從變壓吸附柱10上端抽出排出，脫附后含高濃度的有機氣體的空氣由真空泵11從變壓吸附柱10的下端抽出到冷凝器12冷凝后排出，冷凝后的有機溶液可進行回收利用。在連續(xù)變壓吸附過程中，兩變壓吸附柱10是一柱進行吸附，另一柱進行脫附，每柱各經(jīng)過吸附-均壓-吹掃脫附-真空脫附-均壓五個步驟，如此周期循環(huán)完成吸附/脫附的連續(xù)過程。其過程是通過電磁閥的開關(guān)來控制的。電磁閥的控制可以采用自動控制，也可以采用手動控制。此裝置當(dāng)要進行單柱吸附實驗時，就采用手動控制。
本發(fā)明工作過程首先將通入的空氣通過用硅膠作為干燥劑的干燥柱1，然后使干燥后的空氣一部分經(jīng)過轉(zhuǎn)子流量計2后在氣體混合柱3和有機氣體發(fā)生器18產(chǎn)生的有機氣體混合，一部分干燥空氣穿過微型填料柱5。有機氣體發(fā)生器18產(chǎn)生的有機氣體要先通過一個微型的微型填料柱5(用一個微型泵循環(huán)將有機氣體發(fā)生器里的有機溶劑流過填料塔，從微型填料柱上端流入)，從微型填料柱5出來的有機氣體再通過蛇形管換熱器4(蛇形管內(nèi)的循環(huán)恒溫水由恒溫水箱6提供)，使其溫度恒定在20℃左右，與干燥空氣混合的是溫度恒定的飽和有機氣體，經(jīng)閥門調(diào)節(jié)一定濃度的干燥有機氣體由真空泵11吸取配備好泵入真空變壓吸附柱10。同時，由三通接頭19和手動閥16連接，可測定變壓吸附柱10進氣的濃度。干燥氣體還有一部分分兩路分別經(jīng)過手動閥16和第二轉(zhuǎn)子流量計24后與變壓吸附柱10相連，一路是用于大流量吹掃脫附，另一路是用于小流量真空脫附。同時每路均接有三通接頭19和手動閥16，可與氣相色譜儀7相連測定脫附氣體的進氣濃度。氣體混合柱3出來的氣體從一變壓吸附柱10的下端進入進行吸附，吸附后的凈化氣體從變壓吸附柱10的上端由真空泵11抽出排入大氣；同時，干燥柱1出來的一部分氣體從另一變壓吸附柱10的上端進入先后進行吹掃脫附，真空脫附，脫附后的含高濃度的有機氣體的空氣從該變壓吸附柱10的下端由真空泵11抽到冷凝器12進行冷凝后排出，冷凝后的有機溶液可進行回收利用。吸附后再進行脫附，脫附后再進行吸附，使之周期循環(huán)，其過程由電磁閥9的關(guān)閉來控制。電磁閥9的控制可以采用自動控制，也可以采用手動控制。此裝置當(dāng)要進行單柱吸附實驗時，就采用手動控制。每個變壓吸附柱10上均有四個濃度測試單元，每個接口都接有手動閥16，當(dāng)要測試吸附/脫附時的濃度時就打開手動閥16，同時都有六個溫度采樣單元15、一個壓力采樣單元14，用來實時測試吸附/脫附的溫度與壓力。在上述凈化氣體與脫附氣體的出口管路上均設(shè)有三通接頭19與手動閥16，用來測試凈化與脫附后的出口氣體濃度。用以上測試的濃度、溫度、壓力數(shù)據(jù)就可以與理論計算比較進行科學(xué)研究。參見下表1的操作流程和下表2的電磁閥控制流程。
表1操作流程

表2電磁閥控制(開“√”，關(guān)“×”)

依上表所知，變壓吸附過程第I階段從氣體混合柱3出來的有機氣體通過第一電磁閥101進入變壓吸附柱10(A)進行吸附，凈化后通過第五電磁閥105由真空泵抽出；同時，干燥后的一部分空氣經(jīng)過大流量吹掃脫附流量計與第十電磁閥110和第七電磁閥107進入變壓吸附柱10(B)脫附有機氣體，脫附后通過第四電磁閥104由真空泵11泵入冷凝器12進行冷凝。其他電磁閥均關(guān)閉。
第II階段從氣體混合柱3出來的有機氣體仍然通過第一電磁閥101進入變壓吸附柱10(A)進行吸附，凈化后通過第五電磁閥105由真空泵11抽出；同時，干燥后的一部分空氣經(jīng)過小流量真空脫附流量計與第九電磁閥109和第七電磁閥107進入變壓吸附柱10(B)脫附有機氣體，脫附后同樣通過第四電磁閥104由真空泵11泵入冷凝器12進行冷凝。其他閥門關(guān)閉。
第III階段變壓吸附柱10(A)與變壓吸附柱(B)之間進行均壓，由于吸附壓力比脫附壓力高，所以變壓吸附柱10(A)中少量吸附凈化氣體通過第六電磁閥106和第七電磁閥107對變壓吸附柱10(B)進行均壓脫附。其他閥門關(guān)閉。
第IV階段從氣體混合柱3出來的有機氣體通過第三電磁閥103進入變壓吸附柱10(B)進行吸附，凈化后通過第八電磁閥108由真空泵11抽出；同時，干燥后的一部分空氣經(jīng)過大流量吹掃脫附流量計與第十電磁閥110和第六電磁閥6進入變壓吸附柱10(A)脫附有機氣體，脫附后通過第二電磁閥102由真空泵11泵入冷凝器12進行冷凝。其他電磁閥均關(guān)閉。
第V階段從氣體混合柱3出來的有機氣體仍然通過第三電磁閥103進入變壓吸附柱10(B)進行吸附，凈化后通過第八電磁閥108由真空泵11抽出；同時，干燥后的一部分空氣經(jīng)過小流量真空脫附流量計與第九電磁閥109和第六電磁閥106進入變壓吸附柱10(B)脫附有機氣體，脫附后同樣通過第二電磁閥102由真空泵11泵入冷凝器12進行冷凝。其他閥門關(guān)閉。
第VI階段變壓吸附柱10(A)與變壓吸附柱10(B)之間進行均壓，由于吸附壓力比脫附壓力高，所以變壓吸附柱10(B)中少量吸附凈化氣體通過第七電磁閥107和電磁閥106對變壓吸附柱10(A)進行均壓脫附。其他閥門關(guān)閉。按操作流程進行周期循環(huán)。
單柱吸附/脫附過程(手動控制)若只對變壓吸附柱10(A)進行吸附/脫附實驗時，吸附從氣體混合柱3出來的有機氣體通過第一電磁閥101進入變壓吸附柱(10)A進行吸附，凈化后通過第五電磁閥105由真空泵11抽出；其他閥門均關(guān)閉；吹掃脫附干燥后的一部分空氣經(jīng)過大流量吹掃脫附流量計與第十電磁閥110和第六電磁閥106進入變壓吸附柱10(A)脫附有機氣體，脫附后通過第二電磁閥102由真空泵11泵入冷凝器12進行冷凝。其他電磁閥均關(guān)閉；真空脫附干燥后的一部分空氣經(jīng)過小流量真空脫附流量計與第九電磁閥109和第六電磁閥106進入變壓吸附柱10(B)脫附有機氣體，脫附后同樣通過第二電磁閥102由真空泵11泵入冷凝器12進行冷凝。其他閥門關(guān)閉。
若只對變壓吸附柱10(B)進行吸附/脫附實驗時，吸附從混合柱出來的有機氣體通過第三電磁閥103進入變壓吸附柱10(B)進行吸附，凈化后通過第八電磁閥108由真空泵11抽出；吹掃脫附干燥后的一部分空氣經(jīng)過大流量吹掃脫附流量計與第十電磁閥10和第七電磁閥7進入變壓吸附柱10(B)脫附有機氣體，脫附后通過第四電磁閥104由真空泵11泵入冷凝器12進行冷凝。其他電磁閥均關(guān)閉。
真空脫附干燥后的一部分空氣經(jīng)過小流量真空脫附流量計與第九電磁閥109和第七電磁閥107進入變壓吸附柱10(B)脫附有機氣體，脫附后同樣通過第四電磁閥104由真空泵11泵入冷凝器12進行冷凝。其他閥門關(guān)閉。
權(quán)利要求
1.一種多成分有機氣體變壓吸附與實時測試控制實驗裝置，其特征在于它包括干燥柱(1)、氣體混合柱(3)、有機氣體發(fā)生器(18)、微型填料柱(5)以及一個或一個以上的變壓吸附柱(10)，所述干燥柱(1)的出口處分成三路，一路直接與變壓吸附柱(10)上端的進氣口相連，一路與氣體混合柱(3)的進氣口相連，另一路經(jīng)有機氣體發(fā)生器(18)和微型填料柱(5)與氣體混合柱(3)的入口相連，氣體混合柱(3)的出口與變壓吸附柱(10)下端的進氣口相連，每個變壓吸附柱(10)上均設(shè)有三個或三個以上的氣體采樣單元(21)以及與氣體采樣單元(21)對應(yīng)的溫度采樣單元(15)，變壓吸附柱(10)的中段處設(shè)有壓力采樣單元(14)，每個變壓吸附柱(10)上的下端設(shè)有兩個或兩個以上的第二溫度采樣單元(22)，氣體采樣單元(21)與氣相色譜儀(7)相連，壓力采樣單元(14)和溫度采樣單元(15)與溫度、壓力數(shù)字采集系統(tǒng)(13)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多成分有機氣體變壓吸附與實時測試控制實驗裝置，其特征在于所述干燥柱(1)與變壓吸附柱(10)上端入口之間的管路分成大流量的吹掃脫附管路(20)和小流量的真空脫附管路(23)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多成分有機氣體變壓吸附與實時測試控制實驗裝置，其特征在于所述變壓吸附柱(10)的所有進、出口管路上均設(shè)有手動閥(19)和三通接頭(16)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多成分有機氣體變壓吸附與實時測試控制實驗裝置，其特征在于所述微型填料柱(5)的上方設(shè)有蛇形管換熱器(4)，蛇形管換熱器(4)與一恒溫水箱(6)相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多成分有機氣體變壓吸附與實時測試控制實驗裝置，其特征在于所述干燥柱(1)的出口與氣體混合柱(3)入口連通的管路上設(shè)有第一轉(zhuǎn)子流量計(2)，微型填料柱(5)的出口與氣體混合柱(3)入口連通的管路上設(shè)有第二轉(zhuǎn)子流量計(24)，干燥柱(1)的出口與變壓吸附柱(10)連通的兩管路上也設(shè)有第三轉(zhuǎn)子流量計(25)以及手動閥(19)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多成分有機氣體變壓吸附與實時測試控制實驗裝置，其特征在于所述干燥柱(1)的出口與氣體混合柱(3)入口連通的管路上設(shè)有第一轉(zhuǎn)子流量計(2)，微型填料柱(5)的出口與氣體混合柱(3)入口連通的管路上設(shè)有第二轉(zhuǎn)子流量計(24)，干燥柱(1)的出口與變壓吸附柱(10)連通的兩管路上也設(shè)有第三轉(zhuǎn)子流量計(25)以及手動閥(19)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多成分有機氣體變壓吸附與實時測試控制實驗裝置，它的干燥柱的出口處分成三路，一路直接與變壓吸附柱上端的進氣口相連，一路與氣體混合柱的進氣口相連，另一路經(jīng)有機氣體發(fā)生器和微型填料柱與氣體混合柱的進氣口相連，氣體混合柱的出口與變壓吸附柱下端的進氣口相連，每個變壓吸附柱上均設(shè)有三個或三個以上的氣體采樣單元以及與氣體采樣單元對應(yīng)的溫度采樣單元，中段處設(shè)有壓力采樣單元，其下端設(shè)有兩個或兩個以上的第二溫度采樣單元，氣體采樣單元與氣相色譜儀相連，壓力采樣單元和溫度采樣單元與溫度、壓力數(shù)字采集系統(tǒng)相連。本發(fā)明具有性能安全可靠、使用簡捷方便、處理效率高、能耗低、結(jié)構(gòu)緊湊、美觀大方等優(yōu)點。
文檔編號B01D53/047GK101069802SQ20071003456
公開日2007年11月14日 申請日期2007年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月19日
發(fā)明者李立清, 朱正雙, 高招 申請人:中南大學(xué)