CN113304581B - 一种新型psa吸附分离装置 - Google Patents
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Abstract
一种新型PSA吸附分离装置，属于吸附分离领域，包括两座吸附塔，两座吸附塔通过均压管连通，均压管的两端均设置开关阀，两个开关阀之间设有固定管，固定管与均压管同轴，固定管内设有与之同轴的固定轴，固定轴的两端均转动安装第一斜齿轮，两个第一斜齿轮的相背面均固定安装压缩叶轮，固定管位于两个压缩叶轮之间，压缩叶轮分别与固定管密封转动连接。本发明利用均压时的气体流动，将其动能转化为机械能并储存起来，为后期吸附剂解吸供给能源；其次是过程中结合有变温吸附，通过升温的方式加速杂质脱附；采用吸附塔联接的方式，能够缩短再生状态吸附塔的升压时间。
Description
技术领域
本发明属于吸附分离领域，具体地说是一种新型PSA吸附分离装置。
背景技术
变压吸附，简称PSA，是一种新型气体吸附分离技术，利用吸附剂对气体的吸附有选择性，实现气体混合物的分离和吸附剂的再生。吸附剂对吸附质的吸附量随着压力的升高而增加，并随着压力的降低而减少，同时在减压的过程中，放出被吸附的气体，使吸附剂再生，无需外界供给热量，但传统的变压吸附在进行解吸时耗费的时间较长、能源较多，依然具有较大的改善空间。
发明内容
本发明提供一种新型PSA吸附分离装置，用以解决现有技术中的缺陷。
本发明通过以下技术方案予以实现：
一种新型PSA吸附分离装置，包括两座吸附塔，两座吸附塔通过均压管连通，均压管的两端均设置开关阀，两个开关阀之间设有固定管，固定管与均压管同轴，固定管内设有与之同轴的固定轴，固定轴的两端均转动安装第一斜齿轮，两个第一斜齿轮的相背面均固定安装压缩叶轮，固定管位于两个压缩叶轮之间，压缩叶轮分别与固定管密封转动连接，固定轴固定连接立柱的一端，立柱的另一端贯穿固定管后固定连接均压管的内壁，第一斜齿轮分别啮合有第二斜齿轮，第二斜齿轮分别连接第一转轴的一端，第一转轴均贯穿固定管、均压管，每个第一转轴与固定管、均压管密封转动连接，第一转轴的另一端连接发条箱的输入端，发条箱的输出端单向转动连接第一齿轮，第一齿轮啮合有数个第二齿轮，每个第二齿轮连接一个蜗轮，蜗轮分别啮合蜗杆，每根蜗杆对应一个气罐，蜗杆均贯穿对应的气罐且与之转动连接，蜗杆位于气罐内的一端固定连接往复丝杠的一端，每个往复丝杠上套装一个环形活塞，环形活塞与往复丝杠通过丝母移动座连接，环形活塞与气罐滑动配合，气罐远离蜗杆的一端连接有进气管和出气管，气罐外分别设有感应线圈，蜗轮远离第二齿轮的一侧连接有转子线圈，每个转子线圈的两侧均设置有磁极，转子线圈分别与对应的感应线圈电路连接。
如上所述的一种新型PSA吸附分离装置，所述的环形活塞上开设数个通孔，通孔内均穿过一根金属杆，金属杆均平行于对应的往复丝杠，金属杆的端部与气罐的内壁固定连接。
如上所述的一种新型PSA吸附分离装置，所述的第一转轴与发条箱通过齿轮组连接，齿轮组包括相互啮合的第三齿轮和第四齿轮，第三齿轮单向转动安装于第一转轴的另一端，第四齿轮固定安装于发条箱的输入端，第三齿轮的直径小于第四齿轮的直径。
如上所述的一种新型PSA吸附分离装置，所述的第二齿轮与蜗轮通过第二转轴连接。
如上所述的一种新型PSA吸附分离装置，所述的气罐外均裹覆一层保温结构。
如上所述的一种新型PSA吸附分离装置，还包括伸缩杆，伸缩杆的活动端固定安装楔形块，楔形块能够插入第一齿轮的齿槽内。
本发明的优点是：两座吸附塔交替使用，当其中一座吸附塔中的吸附剂需要再生时，打开两个开关阀，此时，均压管连通两座吸附塔，由于吸附剂再生吸附塔内气压较高，因此，吸附剂再生吸附塔内的气体通过均压管向另一座吸附塔转移，气体经过均压管时带动压缩叶轮转动，压缩叶轮通过第一斜齿轮和第二斜齿轮带动第一转轴转动，发条箱开始蓄能，此时，第一齿轮不转动，当两座吸附塔内的气压相近时，压缩叶轮不再转动，此时关闭两个开关阀，然后发条箱释能，第一齿轮开始转动，由于第二齿轮与第一齿轮啮合，因此，第二齿轮带动蜗轮同步转动，蜗轮带动蜗杆转动，蜗杆与往复丝杠同步转动，即可使环形活塞在气罐内往复移动，当环形活塞向蜗杆方向移动时，解吸气通过进气管进入气罐，当环形活塞背离蜗杆移动时，解吸气通过出气管送入吸附剂再生吸附塔，同时，转子线圈随蜗轮转动切割磁极所形成的磁场，向感应线圈供电，气罐内的环形活塞等金属部件自感升温，进入气罐内的解吸气能够吸收热能，加热后的解吸气进入吸附塔后冲洗吸附床层，能够使杂质得以脱附。本发明利用均压时的气体流动，将其动能转化为机械能并储存起来，为后期吸附剂解吸供给能源；其次是过程中结合有变温吸附，通过升温的方式加速杂质脱附；采用吸附塔联接的方式，能够缩短再生状态吸附塔的升压时间。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的结构示意图；图2是固定管的内部结构侧视图及第一转轴的连接结构示意图；图3是图2的A向视图的放大图。
附图标记：1、吸附塔，2、均压管，3、开关阀，4、固定管，5、固定轴，6、第一斜齿轮，7、压缩叶轮，8、立柱，9、第二斜齿轮，10、第一转轴，11、发条箱，12、第一齿轮，13、第二齿轮，14、蜗轮，15、蜗杆，16、气罐，17、往复丝杠，18、环形活塞，19、进气管，20、出气管，21、感应线圈，22、转子线圈，23、磁极，24、通孔，25、金属杆，26、第三齿轮，27、第四齿轮，28、第二转轴，29、伸缩杆，30、楔形块。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种新型PSA吸附分离装置，如图1-3所示，包括两座吸附塔1，吸附塔1上设有供气体进出的通道等，未于图中示出，两座吸附塔1通过均压管2连通，均压管2的两端均与对应的吸附塔1的塔壁固定连接，均压管2的两端均设置开关阀3，两个开关阀3通过一个开关同步控制，且两个开关阀3的开关状态同步，图1中是为了表示开关阀3的不同状态，两个开关阀3之间设有固定管4，固定管4与均压管2同轴，固定管4内设有与之同轴的固定轴5，固定轴5的两端均转动安装第一斜齿轮6，两个第一斜齿轮6的相背面均固定安装压缩叶轮7，压缩叶轮7与第一斜齿轮6同轴设置，固定管4位于两个压缩叶轮7之间，压缩叶轮7分别与固定管4密封转动连接，平面轴承即可，以免原料气等进入固定管4内，固定轴5固定连接立柱8的一端，立柱8的另一端贯穿固定管4后固定连接均压管2的内壁，立柱8与固定管4密封连接，通过密封胶或焊点将贯穿孔与立柱8的间隙覆盖即可，第一斜齿轮6分别啮合有第二斜齿轮9，第二斜齿轮9以固定轴5为中心前后分布，第二斜齿轮9分别连接第一转轴10的一端，第一转轴10均贯穿固定管4、均压管2，每个第一转轴10与固定管4、均压管2密封转动连接，密封轴承即可，第一转轴10的另一端连接发条箱11的输入端，发条箱11包括输入轴、输出轴、发条、齿轮等，选用现有型号即可，不再详述，发条箱11的输出端单向转动连接第一齿轮12，第一齿轮12与发条箱11的输出端同轴，可通过单向轴承连接，发条箱11仅在其释能时带动第一齿轮12转动，发条箱11通过支架等结构连接地面或均压管2，第一齿轮12啮合有数个第二齿轮13，每个第二齿轮13连接一个蜗轮14，蜗轮14均与对应的第二齿轮13共中心线，蜗轮14分别啮合蜗杆15，每根蜗杆15对应一个气罐16，蜗杆15均贯穿对应的气罐16且与之转动连接，贯穿处设置轴承，气罐16通过支架固定其位置，蜗杆15位于气罐16内的一端固定连接往复丝杠17的一端，往复丝杠17的另一端轴承连接气罐16，且往复丝杠17与气罐16同轴，每个往复丝杠17上套装一个环形活塞18，环形活塞18与往复丝杠17通过丝母移动座连接，丝母移动座位于环形活塞18的内圈，环形活塞18与气罐16滑动配合，气罐16远离蜗杆15的一端连接有进气管19和出气管20，进气管19和出气管20的一端均与气罐16连通，进气管19和出气管20上均设置有单向阀，进气管19的另一端连接真空解吸气的气源，出气管20的另一端连通吸附塔1，吸附塔1对应原料气的进气侧还设置有真空泵，出气管20与吸附塔1连通处设于远离真空泵处，真空泵用以将脱附的杂质和解吸气送入缓冲罐，气罐16外分别设有感应线圈21，蜗轮14远离第二齿轮13的一侧连接有转子线圈22，蜗轮14选用绝缘材料制成，每个转子线圈22的两侧均设置有磁极23，磁极23通过支架等固定其位置，转子线圈22分别与对应的感应线圈21电路连接，电路包括适应转子线圈22转动的碳环、稳压电路等。两座吸附塔1交替使用，当其中一座吸附塔1中的吸附剂需要再生时，打开两个开关阀3，此时，均压管2连通两座吸附塔1，由于吸附剂再生吸附塔内气压较高，因此，吸附剂再生吸附塔内的气体通过均压管2向另一座吸附塔1转移，气体经过均压管2时带动压缩叶轮7转动，压缩叶轮7通过第一斜齿轮6和第二斜齿轮9带动第一转轴10转动，发条箱11开始蓄能，此时，第一齿轮12不转动，当两座吸附塔1内的气压相近时，压缩叶轮7不再转动，此时关闭两个开关阀3，然后发条箱11释能，第一齿轮12开始转动，由于第二齿轮13与第一齿轮12啮合，因此，第二齿轮13带动蜗轮14同步转动，蜗轮14带动蜗杆15转动，蜗杆15与往复丝杠17同步转动，即可使环形活塞18在气罐16内往复移动，当环形活塞18向蜗杆15方向移动时，解吸气通过进气管19进入气罐16，当环形活塞18背离蜗杆15移动时，解吸气通过出气管20送入吸附剂再生吸附塔，同时，转子线圈22随蜗轮14转动切割磁极23所形成的磁场，向感应线圈21供电，气罐16内的环形活塞18等金属部件自感升温，进入气罐16内的解吸气能够吸收热能，加热后的解吸气进入吸附塔1后冲洗吸附床层，能够使杂质得以脱附。本发明利用均压时的气体流动，将其动能转化为机械能并储存起来，为后期吸附剂解吸供给能源；其次是过程中结合有变温吸附，通过升温的方式加速杂质脱附；采用吸附塔1联接的方式，能够缩短再生状态吸附塔的升压时间。
具体而言，如图3所示，本实施例所述的环形活塞18上开设数个通孔24，通孔24内均穿过一根金属杆25，金属杆25均平行于对应的往复丝杠17，金属杆25的端部与气罐16的内壁固定连接。通孔24以往复丝杠17为中心均匀散布，当感应线圈21通电后，金属杆25自感升温，能够更快更均匀地对进入气罐16的解吸气进行加热。
具体的，如图2所示，本实施例所述的第一转轴10与发条箱11通过齿轮组连接，齿轮组包括相互啮合的第三齿轮26和第四齿轮27，第三齿轮26单向转动安装于第一转轴10的另一端，第四齿轮27固定安装于发条箱11的输入端，第三齿轮26的直径小于第四齿轮27的直径。当发条箱11释能时，不会带动第一转轴10以及固定管4内的部件运动，通过上述方式降低传动比，从而使发条箱11较为平缓的蓄能，延长蓄能所需时间，以使两座吸附塔1的均压耗时与蓄能耗时相近。
进一步的，如图2所示，本实施例所述的第二齿轮13与蜗轮14通过第二转轴28连接。第二转轴28通过轴承座、支架连接至地面，能够保证第二齿轮13稳定地与第一齿轮12啮合。
更进一步的，未于图中示出，本实施例所述的气罐16外均裹覆一层保温结构。如保温棉、玻璃丝棉等，减少气罐16与外界交互，从而减少能源损耗。
更进一步的，如图2所示，本实施例还包括伸缩杆29，伸缩杆29的活动端固定安装楔形块30，楔形块30能够插入第一齿轮12的齿槽内。伸缩杆29选用电推杆，其通过支架连接至发条箱11，伸缩杆29垂直于第一齿轮12，伸展时，楔形块30锁死第一齿轮12，即第一齿轮12无法转动，收缩时，楔形块30完全脱离第一齿轮12的齿槽，该结构能够控制发条箱11的释能时机，从而能够为吸附塔1均压后留出更多的处理时间。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (4)
1.一种新型PSA吸附分离装置，包括两座吸附塔（1），两座吸附塔（1）通过均压管（2）连通，均压管（2）的两端均设置开关阀（3），其特征在于：两个开关阀（3）之间设有固定管（4），固定管（4）与均压管（2）同轴，固定管（4）内设有与之同轴的固定轴（5），固定轴（5）的两端均转动安装第一斜齿轮（6），两个第一斜齿轮（6）的相背面均固定安装压缩叶轮（7），固定管（4）位于两个压缩叶轮（7）之间，压缩叶轮（7）分别与固定管（4）密封转动连接，固定轴（5）固定连接立柱（8）的一端，立柱（8）的另一端贯穿固定管（4）后固定连接均压管（2）的内壁，第一斜齿轮（6）分别啮合有第二斜齿轮（9），第二斜齿轮（9）分别连接第一转轴（10）的一端，第一转轴（10）均贯穿固定管（4）、均压管（2），每个第一转轴（10）与固定管（4）、均压管（2）密封转动连接，第一转轴（10）的另一端连接发条箱（11）的输入端，发条箱（11）的输出端单向转动连接第一齿轮（12），第一齿轮（12）啮合有数个第二齿轮（13），每个第二齿轮（13）连接一个蜗轮（14），蜗轮（14）分别啮合蜗杆（15），每根蜗杆（15）对应一个气罐（16），蜗杆（15）均贯穿对应的气罐（16）且与之转动连接，蜗杆（15）位于气罐（16）内的一端固定连接往复丝杠（17）的一端，每个往复丝杠（17）上套装一个环形活塞（18），环形活塞（18）与往复丝杠（17）通过丝母移动座连接，环形活塞（18）与气罐（16）滑动配合，气罐（16）远离蜗杆（15）的一端连接有进气管（19）和出气管（20），气罐（16）外分别设有感应线圈（21），蜗轮（14）远离第二齿轮（13）的一侧连接有转子线圈（22），每个转子线圈（22）的两侧均设置有磁极（23），转子线圈（22）分别与对应的感应线圈（21）电路连接，环形活塞（18）上开设数个通孔（24），通孔（24）内均穿过一根金属杆（25），金属杆（25）均平行于对应的往复丝杠（17），金属杆（25）的端部与气罐（16）的内壁固定连接；还包括伸缩杆（29），伸缩杆（29）的活动端固定安装楔形块（30），楔形块（30）能够插入第一齿轮（12）的齿槽内。
2.根据权利要求1所述的一种新型PSA吸附分离装置，其特征在于：所述的第一转轴（10）与发条箱（11）通过齿轮组连接，齿轮组包括相互啮合的第三齿轮（26）和第四齿轮（27），第三齿轮（26）单向转动安装于第一转轴（10）的另一端，第四齿轮（27）固定安装于发条箱（11）的输入端，第三齿轮（26）的直径小于第四齿轮（27）的直径。
3.根据权利要求1所述的一种新型PSA吸附分离装置，其特征在于：所述的第二齿轮（13）与蜗轮（14）通过第二转轴（28）连接。
4.根据权利要求1所述的一种新型PSA吸附分离装置，其特征在于：所述的气罐（16）外均裹覆一层保温结构。
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