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1、制氮机在PLC中的应用 ; 河北化工医药职业技术学院毕业论文制氮机在PLC中的应用第一章 绪论1.1制氮机介绍在现在工业生产中，空压机在冶金机械制造、矿山、电力、纺织、石化、轻纺等行业都有广泛的应用。传统的空压机供气控制方式大都是采用加、卸载控制方式。该控制方式虽然原理简单、操作简便，但是存在能耗大、进气阀易损坏、供气压力不稳定等诸多问题。随着科学技术的飞速开展，特别是电力电子技术、微电子技术、自动控制技术的高度开展和应用，使变频器的节能效果更为显着，它不但能实现无级调速，而且在负载不同时，始终高效运行，有良好的动态特性，能实现高性能、高可靠性、高精度的自动控制相对于其它调速方式(如:降压调速
2、、变极调速、滑差调速、交流串级调速等)具有更大的优势，变频调速性能稳定、调速范围广、效率高。为此本文采用 PID技术和变频器实现对螺杆式空气压缩机的节能改造。整个工作系统的平安性和稳定性都有了很大提高，节能效果显着，实用性好。1.2制氮机产品氮气，占空气体积的78%，以单质的形式存在于空气之中，取之不尽，用之不尽，是无色、无毒、无味的惰性气体。目前已被广泛应用于食品保鲜、粮食仓储、金属热处理、石油化学工业、宇航技术、玻璃工业等诸多领域。氮主要用于合成氨，反馈式为N2+3H2=2NH3( 条件为高压，高温、和催化剂。反馈为可逆反馈还是合成纤维锦纶、腈纶，合成树脂，合成橡胶等的重要原料。 氮是一种
3、营养元素还可以用来制作化肥。示例：碳酸氢铵NH4HCO3，氯化铵NH4Cl，硝酸铵NH4NO3等等。1.3制氮机工艺图1河北化工医药职业技术学院毕业论文 图1.1制氮机工艺图 第二章 系统构成及工作原理 2.1 设计计划确实定plc气动阀制氮安装(制氮机)是按照变压吸附道理，采纳高品质的碳分子筛作为吸附剂，在确定的压力下，从空气中制取氮气。颠末净化单调的压缩空气，在吸附器中进行加压吸附、减压脱附。由于能源学效应，氧在碳分子筛微孔中疏散速率远大于氮，在吸附未到达均衡时，氮在气相中被富集起来，构成制品氮气。然后经减压至常压，吸附剂脱附所吸附的氧气等杂质形成，实现再生。平凡在琐屑中设置两个吸附塔，一
4、塔吸附产氮，另一塔脱附再生，颠末plc程序放肆器放肆气动阀的启闭，使两塔瓜代循环，以实现接续生产高品质氮气之指标。以空气为原料，颠末压缩、净化，再操纵热交流使空气液化成为液空。 2 河北化工医药职业技术学院毕业论文液空次要是液氧和液氮的同化物，操纵液氧和液氮的沸点分歧(在1大气压下，前者的沸点为-183，后者的为-196)，颠末液空的精馏，使它们分别来获得氮气。深冷空分制氮配备复杂、占地面积大，基建用度较高，配备一次性投资较多，运行资本较高，产气慢(1224h，安装要求高、周期较长。综合配备、安装及基建诸因素，3500nm3h下列的配备，相同规格的psa安装的投资范畴要比深冷空分安装低2050
5、。深冷空分制氮安装宜于大范畴工业制氮，而中、小范畴制氮就显得不经济。b分子筛空分制氮以空气为原料，以碳分子筛作为吸附剂，使用变压吸附道理，操纵碳分子筛对氧和氮的筛选性吸附而使氮plc气动阀制氮机使命道理和氧分别的方式，通称psa制氮。此法是七十年月迅速成长起来的一种新的制氮技术。与传统制氮法相比，它存在工艺流程复杂、主动化程度高、产气快(1530分钟)、能耗低，产品纯度可在较大范畴内按照用户需要进行调理，操作掩护便捷、运行资本较低、安装顺应性较强等特点，故在1000nm3h下列制氮配备中颇具合作力，越来越获得中、小型氮气用户的欢迎，psa制氮已成为中、小型氮气用户的首选方式。c膜空分制氮以空气
6、为原料，在确定压力条件下，操纵氧和氮等分歧素质的气体在膜中存在分歧的渗透速率来使氧和氮分别。和其它制氮配备相比它存在布局更为复杂、体积更小、无切换阀门、掩护量更少、产气更快(3分钟)、增容便捷等长处，它特别合适于氮气纯度98的中、小型氮气用户，有最正确功能价格比。而氮气纯度在98%以上时，它与相同规格的psa制氮机相比价格要凌驾逾越15%以上。2.2 系统构成 PSA制氧系统主要由空气压缩机、空气净化系统，空气储罐、切换阀、吸附器和氧气缓冲罐等组成。 原料空气经空压机压缩后，经过除尘、除油、枯燥后，进入空气储罐，再经过左进气阀进入左吸附塔。此时塔压力升高，压缩空气中的氮分子被沸石分子筛吸附，未
7、被吸附的氧气那么穿过吸附床层，经过出气阀进入氧气缓冲罐。这个过程称为吸附，持续时间为几十秒。吸附过程结束后，左吸附塔与右吸附塔通过均压阀连通，使两塔压力到达均衡，这个过程称之为均压，持续时间约为35秒。均压结束后，压缩空气又经过右进气阀，进入右吸附塔，重复上述吸附过程。同时左吸附塔中被分子筛吸附的氧气通过左排空阀解压释放至大气当中，此过程称为解吸，吸附饱和的分子筛从而得到再生。同样，左塔吸附时右塔同时也在解吸。右塔吸附结束后，同样进入均压过程，然后再切换到左塔吸附，如此循环交替，连续生产氧气。 上述根本工艺步骤都是由PLC和自动切换阀来实现自动控制。3河北化工医药职业技术学院毕业论文2.3 工
8、作原理 PSA制氮机是根据变压吸附原理，采用高品质的碳分子筛作为吸附剂，在 一定的压力下，从空气中制取氮气。 经过纯化枯燥的压缩空气，在吸附器中进行加压吸附、减压脱附。由于空气的动力学效应，氧在碳分子筛微孔中扩散速率远大于氮，氧被碳分子筛优先吸附，氮在气相中被富集起来，形成成品氮气。然后经减压至常压，吸附剂脱附所吸附的氧气等杂质，实现再生。一般在系统中设置两个吸附塔A和B，一塔吸附产氮，另一塔脱附再生，通过控制装置控制气动阀的启闭，使两塔交替循环，以实现连续生产高品质氮气之目的。2.4 控制过程PSA制氮系统的工艺流程图如图1所示。图1中空气压缩机用来提供足够的气量和相对恒定的输入压力0.75
9、0.8MPa的原料气。经冷干机除水、除油、除固态粒子等净化处理后，为了能连续不断的输出恒定的氮气。系统设置A、B两个吸附塔进行交替工作，由气源系统来的纯洁压缩空气，经电磁气动控制阀Y1、Y2由吸附塔A下部进入塔体。经吸附塔中碳分子筛床层吸附，并逐步向上推进。在此过程中，空气中的氧分子被吸附在碳分子筛微孔中，而氮被浓缩在气相中，由塔上部流出，经电磁气动控制阀Y6、Y8进入氮气储罐，此过程即为A塔吸附制氮。与此同时，B吸附塔中吸附的氧分子经由电磁气动控制阀Y5排空，即B塔解吸至常压。A、B两塔交替进行连续供氮。当A塔中碳分子筛对氧的吸附量将到达平衡时，那么该塔立即停止吸附，此时Y1、Y4、Y5、Y
10、8均处于关闭状态，而Y2、Y3、Y6、Y7同时处于开启状态。实行A、B两吸附塔均压，均压后即切换进入B塔吸附、A塔解吸状态。此时压缩空气经电气控制阀Y1、Y3进入B吸附塔下部，经B塔中碳分子筛床层吸附。别离出来的氮气经Y7、Y8进入氮气储罐，即B塔吸附制氮。这样A、B两塔交替吸附、解吸，即形成连续不断的向氮气储罐输送氮气。以上Y1Y8电气控制阀的动作顺序、切换时间等全部由PLC控制，使二塔连续不断供给合格氮气。在正常工作时自动循环过程如下：按程序启动键冷干机启动延时X秒空挂机启动延时X秒进入吸附A延时X秒均压A=B延时X秒吸附B延时X秒均压B=A延时X秒再次进入吸附A，如此自动循环，按停止键。
11、系统全部停止工作。 在制氮机工作过程的各个阶段。阀Y1Y8的工作状态如表2所示： 4河北化工医药职业技术学院毕业论文表2系统手动、自动操作时电磁阀工作状态表 阀号 吸附A 吸附B Y1 + + Y2 + + Y3+ + + Y4+Y5 +Y6 + + Y7+ + + Y8 +均压A=B均压B=A注：+表示该阀处于开启状态；在均压A=B，均压B=A时要比YY 滞后X秒开启;上延时X秒均应在0-99 9秒任意设置调控制要求有手动和自动两种工作方式，并要求在手动方式时能进行Y1Y8阀的检查。在手动能独立起动、停止空压机和冷干机；能显示吸附A、均压A=B、吸附B、均压B=A四个阶段Y1Y8的开启情况；各项操作均应有指示灯显示。自开工作时，应该能按照自开工艺流程要求工作。并能在模拟工艺流程图中显示相应工作状态。同时对自动运行过程中的各延时时间均要能任意调节，并能实时显示和查询当前延时设定值。 5
制氮机在PLC中的应用
