CN114594011A - 一种在动态工况下吸附水能力的测试装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的是一种在动态工况下吸附水能力的测试装置及其方法，气源通过管线连接有测量设备，测量设备通过管线依次连接有一号温度调节装置、配水装置、二号温度调节装置、吸附装置，吸附装置连接有排放管路，来源于气源的气体通过压力调节装置、流量调节装置和精密仪表调节；进入一号温度调节装置后进入配水装置，气源和水源充分混合，通过二号温度调节装置降温；进入吸附装置进行吸附，再通过进出口气体中水含量的在线监控，实时监测吸附柱内部吸附剂对水的吸附情况，通过实验数据计算出该工况下吸附剂对水的吸附量，本发明能够提高设计精度，减小吸附器的尺寸，从而达到降低成本和再生能耗。

Description

一种在动态工况下吸附水能力的测试装置及其方法

技术领域

本发明涉及一种测试装置及其方法，更具体一点说，涉及一种在动态工况下吸附水能力的测试装置及其方法，属于气体干燥领域。

背景技术

目前我国气体工业迅速发展，各行各业对干燥气体的需求急剧增加。在气体干燥领域的快速大型化发展过程中，如何选取合适的吸附剂、优化设备、降低成本、实现精准设计的需求更加迫切。目前，市场上吸附剂厂家越来越多，厂家提供的静态吸附值和国标测试办法仅能提供常温、常压下吸附剂对水的吸附能力，这个值仅作为判定吸附剂吸附质量好坏的参考，但无法满足工业上错综复杂的运行工况。需要实现精准设计，首要条件就是需要了解各种吸附剂的实际吸附性能。

据研究表明，吸附剂的性能不是一成不变的，它受进口介质压力、温度、流速等多种因素的影响。但目前只能对每个因素影响吸附能力程度作定性判断，无法做成非常精准的定量计算，从而可能致使在设计过程中，设计余量过大，成本投入过多，再生能耗过高。也无法对各种产品进行实际性能的比较，选取更高品质的产品提供理论依据。

现阶段市场上，吸附剂生产厂家仅提供吸附剂静态吸附水的数据，静态吸附只表征吸附剂对吸附质的饱和吸附量，但实际工业应用中更关心的是吸附剂在特定的工况下对吸附剂的动态吸附量，从而精确的设计设备大小。

发明内容

本发明的目的是测试吸附剂动态水吸附能力，精确设计时吸附剂的用量，提高设计精度，减小吸附器的尺寸，从而达到降低成本和再生能耗。最终实现设计智能化的目的。为了实现上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明一种在动态工况下吸附水能力的测试装置，包括气源设备，所述气源设备通过管线连接有测量设备，所述测量设备通过管线连接有一号温度调节装置，所述一号温度调节装置通过管线依次连接有配水装置、二号温度调节装置、吸附装置，所述吸附装置连接有排放管路。

优选的，所述测量设备与一号温度调节装置间的管线上连接有一号管线，所述一号温度调节装置与配水装置间的管线上连接有二号管线，所述一号管线、二号管线汇集后与吸附装置连接，所述一号温度调节装置、一号管线、二号管线间构成再生系统，所述一号管线、二号管线以及其他管线上均设有电控阀，所述电控阀均电性连接一个控制器以实现智能控制管线通断。

优选的，所述测量设备包括压力调节装置、流量调节装置、精密仪表。

优选的，所述一号温度调节装置包括电性连接的汽化器、电加热器、温度控制模块，通过一号温度调节装置实现气源温可调，一种具体的调节范围为：气源温度3～150℃可调；所述二号温度调节装置包括循环水浴、冷干机、温度控制模块，通过二号温度调节装置实现气源和水充分接触过后的气体进一步降温至测试所需要的温度，并且使气体处于100％饱和状态，所述一号温度调节装置、二号温度调节装置温度值控制精度可达±0.2℃；所述精密仪表包括质量流量控制器、高精度温度计、压力表，精密仪表用于实现整个测试装置参数测量和控制。

优选的，所述压力调节装置包括减压阀，所述压力调节装置与控制器电性连接，压力调节装置能够实现气源压力可调，一种具体的调节范围为：气源压力0.4～3.0MPa可调。

优选的，所述流量调节装置包括流量控制阀、流量计，流量调节装置能够实现气源流量达到实验需求。

优选的，所述配水装置包括沸腾罐、捕雾装置、气液分离器，气体经过装满水的沸腾罐，和水充分接触后由捕雾装置去除游离水，再由气液分离器进一步气液分离变成饱和气体后进入吸附装置进行吸附测试。

优选的，所述吸附装置是内部可以填装一定量吸附剂的不锈钢容器，其两端密封设计，气体经过吸附装置后可以去除气体中的水分，吸附装置内设有称量模块以实时监控重量。

本发明一种在动态工况下吸附水能力的测试装置的测试方法，该方法包括如下步骤：

1)进入正常吸附试验时，来源于气源设备的气体通过压力调节装置、流量调节装置和精密仪表调节后控制气体的流量、压力；

2)进入一号温度调节装置，调整好气源的温度后进入配水装置，气源和水源充分混合后再通过二号温度调节装置进行对气体降温以确保出来的气体达到该温度下的饱和状态；

3)进入吸附装置进行吸附，再通过进出口气体中水含量的在线监控，实时监测吸附柱内部吸附剂对水的吸附情况，通过实验数据计算出该工况下吸附剂对水的吸附量，吸附装置内设有称重设模块可以实时记录吸附装置的重量变化，实际重量变化和通过控制器(等其他智能处理器)读取的数据进行理论计算后得出的吸附水分的数据相结合，使试验结果更精准可靠。无论是吸附还是再生，最终出去的气体集中排放至安全处，整个测试装置安全可靠、自动化程度高。

优选的，正常吸附结束后，切换到再生系统，具体分为加热和吹冷两个过程，其中加热时，气源设备的气体通过压力调节装置、流量调节装置和精密仪表调节再生条件，控制再生气的流量、压力；

关闭一号温度调节装置与配水装置间的管线上电控阀，将再生气通过一号温度调节装置加温到一定的温度后直接进入吸附装置，将吸附装置内部的吸附剂加热，从而带走吸附剂之前吸附的水分；

加热结束后，通过控制器关闭一号管线和二号管线上的电控阀实现切换流路，使冷的气源设备经过压力调节装置、流量调节装置和精密仪表进行流量和压力的调整后，不再经过一号温度调节装置直接进入吸附装置，将整个吸附装置及内部的吸附剂的温度吹冷至常温。

有益效果：本发明基于实际工业需求，当气源进入测试系统时，设置温度可调系统，保证在其他条件不变的情况下，调节使被吸附气体的温度，测试其不同温度下吸附剂对水的实际吸附能力，得出温度对实际吸附值的影响曲线。可以精准指导在实际设计中不同的温度对应的吸附剂用量取值。从而使设计精准化，控制成本，节省能耗。

本发明基于实际工业需求，当气源进入测试系统时，设置压力可调系统，保证在其他条件不变的情况下，调节使被吸附气体的压力，测试其不同压力下吸附剂对水的吸附能力，可以借助外界计算机设备得出压力对实际吸附值的影响曲线。可以精准指导在实际设计中由于压力变化对应的吸附剂用量取值。从而使设计精准化，控制成本，节省能耗。本测试装置还具有压力调节精度高，涵盖范围广等特点。

本发明将进口气体设置成流量可调，来改变气体的实际流量，从而达到改变通过吸附装置床层流速的目的。测试其不同流速下吸附剂对水的吸附能力，以借助外界计算机设备得出流速对实际吸附值的影响曲线。可以精准指导干燥容器的合理化设计，使设计精准化，控制成本，节省能耗。

本发明的测试装置模拟再生条件，并通过改变再生气量、温度等因素来测试不同再生条件下对吸附剂再生效果的影响，从而指导实际设计中再生气量、温度等的取值。使设计更精准，达到节能降耗的目的。

附图说明

图1是本发明测试装置结构原理图。

具体实施方式

以下结合说明书附图，对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于以下实施例。

如图1所示为本发明一种在动态工况下吸附水能力的测试装置的一种具体实施例，该实施例一种在动态工况下吸附水能力的测试装置，包括气源设备1，所述气源设备1通过管线连接有测量设备，所述测量设备通过管线连接有一号温度调节装置2，所述一号温度调节装置2通过管线依次连接有配水装置5、二号温度调节装置7、吸附装置6，所述吸附装置6连接有排放管路。

测量设备与一号温度调节装置2间的管线连接有一号管线10，所述一号温度调节装置2与配水装置5间的管线连接有二号管线11，所述一号管线10、二号管线11汇集后与吸附装置6连接，所述一号温度调节装置2、一号管线10、二号管线11间构成再生系统9，所述一号管线10、二号管线11以及其他管线上均设有电控阀，所述电控阀均电性连接一个控制器以实现智能控制管线通断，所述气源设备1、一号温度调节装置2、压力调节装置3、流量调节装置4、配水装置5、二号温度调节装置7、吸附装置6，均与控制器电性连接，实现系统智能化控制。

所述测量设备包括压力调节装置3、流量调节装置4、精密仪表8，流量调节装置4实现调整测试气体的流量来改变气体流速，测试不同流速下吸附剂对水的吸附能力；压力调节装置3实现测试不同压力下吸附剂对水的吸附能力；精密仪表8配合控制器，能精确调节和控制吸附、再生所需的参数精度，自动化程度高。

一号温度调节装置2包括电性连接的汽化器、电加热器、温度控制模块，通过一号温度调节装置2实现气源温度3～150℃可调；所述二号温度调节装置7包括循环水浴、冷干机、温度控制模块，通过二号温度调节装置7实现气源和水充分接触过后的气体进一步降温至测试所需要的温度，并且使气体处于100％饱和状态，所述一号温度调节装置2、二号温度调节装置7温度值控制精度可达±0.2℃；所述精密仪表8包括质量流量控制器、高精度温度计、压力表，精密仪表8用于实现整个测试装置参数测量和控制。一号温度调节装置2、二号温度调节装置7、精密仪表8也可以采用现有技术中装置。

所述压力调节装置3包括减压阀，所述压力调节装置3与控制器电性连接，压力调节装置3能够实现气源压力0.4～3.0MPa可调。

所述流量调节装置4包括流量控制阀、流量计，流量调节装置4能够实现气源流量达到实验需求。

所述配水装置4包括沸腾罐、捕雾装置、气液分离器，气体经过装满水的沸腾罐，和水充分接触后由捕雾装置去除游离水，再由气液分离器进一步气液分离变成饱和气体后进入吸附装置进行吸附测试。

所述吸附装置6是内部可以填装一定量吸附剂的不锈钢容器，其两端密封设计，气体经过吸附装置后可以去除气体中的水分，吸附装置6内设有称量模块以实时监控重量。

本发明一种在动态工况下吸附水能力的测试装置的测试方法，该方法包括如下步骤：

1)进入正常吸附试验时，来源于气源设备1的气体通过压力调节装置3、流量调节装置4和精密仪表8调节后控制气体的流量、压力，具体压力、流量根据实际需要控制；

2)进入一号温度调节装置2，调整好气源的温度后进入配水装置5，气源和水源充分混合后再通过二号温度调节装置7进行对气体降温以确保出来的气体达到该温度下的饱和状态；

3)进入吸附装置6进行吸附，再通过进出口气体中水含量的在线监控，实时监测吸附柱内部吸附剂对水的吸附情况，通过实验数据计算出该工况下吸附剂对水的吸附量，吸附装置6内设有称重设模块可以实时记录吸附装置的重量变化，实际重量变化和通过控制器(等其他智能处理器)读取的数据进行理论计算后得出的吸附水分的数据相结合，使试验结果更精准可靠。

优选的，正常吸附结束后，切换到再生系统9，具体分为加热和吹冷两个过程，其中加热时，气源设备1的气体通过压力调节装置3、流量调节装置4和精密仪表8调节再生条件，控制再生气的流量、压力；

关闭一号温度调节装置2与配水装置5间的管线上电控阀，将再生气通过一号温度调节装置2加温到一定的温度后直接进入吸附装置6，将吸附装置6内部的吸附剂加热，从而带走吸附剂之前吸附的水分；

加热结束后，通过控制器关闭一号管线10和二号管线11上的电控阀实现切换流路，使冷的气源设备1经过压力调节装置3、流量调节装置4和精密仪表8进行流量和压力的调整后，不再经过一号温度调节装置2直接进入吸附装置6，将整个吸附装置6及内部的吸附剂的温度吹冷至常温。

本发明中测试不同温度下吸附剂对水的吸附能力。由于温度对吸附剂的吸附能力影响较大，本发明基于实际工业需求，当气源进入测试系统时，设置温度可调，保证在其他条件不变的情况下，调节使被吸附气体的温度，测试其不同温度下吸附剂对水的实际吸附能力，得出温度对实际吸附值的影响曲线。可以精准指导在实际设计中不同的温度对应的吸附剂用量取值，从而使设计精准化，控制成本，节省能耗。

本发明中测试不同压力下吸附剂对水的吸附能力。由于压力是影响吸附能力的其中一个因素，目前仅能判断，压力越高，吸附能力越好，厂家和国标动态测试标准仅能提供常压下吸附剂对水的吸附能力，鉴于干燥领域流程的复杂性，需要干燥的气体压力由高到低不等。为了了解压力对吸附能力的实际影响力，必须从根本入手，获取大量的试验数据，本发明基于实际工业需求，当气源进入测试系统时，设置压力可调，保证在其他条件不变的情况下，调节使被吸附气体的压力，测试其不同压力下吸附剂对水的吸附能力，得出压力对实际吸附值的影响曲线。可以精准指导在实际设计中由于压力变化对应的吸附剂用量取值。从而使设计精准化，控制成本，节省能耗，本测试装置还具有压力调节精度高，涵盖范围广等特点。

本发明中测试不同流速下吸附剂对水的吸附能力。相同用量的吸附剂，如果流速不同，那相应设计吸附器的大小也不一样，流速对吸附剂的吸附能力、传质区是否有影响，影响有多大也是分子筛系统设计中一个重要因素。本发明将进口气体设置成流量可调，来改变气体的实际流量，从而达到改变通过吸附装置床层流速的目的，测试其不同流速下吸附剂对水的吸附能力，得出流速对实际吸附值的影响曲线，可以精准指导干燥容器的合理化设计。使设计精准化，控制成本，节省能耗。

本发明中饱和气体配水装置，由于需要测试水的吸附能力，最基本的前提是配置一定含水量的气源。另外，为了避免其他杂质对吸附的影响，本测试装置通过给高纯气体中配水的方式，可以通过温度调节配比一定湿度的含水气体，配合工业需求，被测试的气源中除了水分，不含其他杂质，充分满足试验需求。

本发明中可拆卸的吸附装置。所有需要测试的吸附剂都会装入吸附装置中，这就要求吸附装置在结构切合实际工业运行的吸附器之外，还需要更换方便，密封性能好等特点。本发明设计了一种可拆卸的吸附柱，两头设计成特殊的螺纹接头，选用垫片，在保证密封性能良好的前提下拆装灵活，便于试验人员操作。

本发明中参数可调的再生系统。吸附剂在经过吸附之后，需要将其再生，把已吸附的杂质解析出来后重新进入吸附，再生效果的好坏表征着是否能最大程度还原吸附剂的吸附能力，从而影响下一阶段的吸附质量。本发明的测试装置模拟再生条件，能够通过改变再生气量、温度等因素来测试不同再生条件下对吸附剂再生效果的影响，从而指导实际设计中再生气量、温度等的取值。使设计更精准，达到节能降耗的目的。

本发明中精确测试和自动化控制系统。试验测试装置要求能模拟实际运行工况，因此，所测试的条件参数必须精准。本发明所应用的测试仪表精度高，能充分满足空分中复杂的参数变化。吸附过程中，除了进出口带的仪表用以监测内部吸附剂对水分的吸附情况，还配有一套实时称重设备，直接读出实时的吸附数据，和理论计算相结合，试验结果更精准可靠。还带有一套自动控制系统(控制器)，整个吸附和再生过程可以自动切换各管路的关闭，自动读取数据、做后期的数据处理，整个试验过程自动化程度高，数据精确。

最后，需要注意的是，本发明不限于以上实施例，还可以有很多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容中直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种在动态工况下吸附水能力的测试装置，其特征在于：包括气源设备(1)，所述气源设备(1)通过管线连接有测量设备，所述测量设备通过管线连接有一号温度调节装置(2)，所述一号温度调节装置(2)通过管线依次连接有配水装置(5)、二号温度调节装置(7)、吸附装置(6)，所述吸附装置(6)连接有排放管路。

2.根据权利要求1所述的一种在动态工况下吸附水能力的测试装置，其特征在于：所述测量设备与一号温度调节装置(2)间的管线上连接有一号管线(10)，所述一号温度调节装置(2)与配水装置(5)间的管线上连接有二号管线(11)，所述一号管线(10)、二号管线(11)汇集后与吸附装置(6)连接，所述一号温度调节装置(2)、一号管线(10)、二号管线(11)间构成再生系统(9)，所述一号管线(10)、二号管线(11)以及其他管线上均设有电控阀，所述电控阀均电性连接一个控制器以实现智能控制管线通断。

3.根据权利要求1或2所述的一种在动态工况下吸附水能力的测试装置，其特征在于：所述测量设备包括压力调节装置(3)、流量调节装置(4)、精密仪表(8)。

4.根据权利要求1或2所述的一种在动态工况下吸附水能力的测试装置，其特征在于：所述一号温度调节装置(2)包括电性连接的汽化器、电加热器、温度控制模块，通过一号温度调节装置(2)实现气源温度可调；所述二号温度调节装置(7)包括循环水浴、冷干机、温度控制模块，通过二号温度调节装置(7)实现气源和水充分接触过后的气体进一步降温至测试所需要的温度，并且使气体处于100％饱和状态，所述一号温度调节装置(2)、二号温度调节装置(7)温度值控制精度可达±0.2℃；所述精密仪表(8)包括质量流量控制器、高精度温度计、压力表，精密仪表(8)用于实现整个测试装置参数测量和控制。

5.根据权利要求1或2所述的一种在动态工况下吸附水能力的测试装置，其特征在于：所述压力调节装置(3)包括减压阀、背压阀，所述压力调节装置(3)与控制器电性连接，压力调节装置(3)能够实现气源压力可调。

6.根据权利要求1或2所述的一种在动态工况下吸附水能力的测试装置，其特征在于：所述流量调节装置(4)包括流量控制阀、流量计，流量调节装置(4)能够实现气源流量达到实验需求。

7.根据权利要求1或2所述的一种在动态工况下吸附水能力的测试装置，其特征在于：所述配水装置(4)包括沸腾罐、捕雾装置、气液分离器，气体经过装满水的沸腾罐，和水充分接触后由捕雾装置去除游离水，再由气液分离器进一步气液分离变成饱和气体后进入吸附装置进行吸附测试。

8.根据权利要求1或2所述的一种在动态工况下吸附水能力的测试装置，其特征在于：所述吸附装置(6)是内部可以填装一定量吸附剂的不锈钢容器，其两端密封设计，气体经过吸附装置后可以去除气体中的水分，吸附装置(6)内设有称量模块以实时监控重量。

9.一种在动态工况下吸附水能力的测试装置的测试方法，其特征在于该方法包括如下步骤：

1)进入正常吸附试验时，来源于气源设备(1)的气体通过压力调节装置(3)、流量调节装置(4)和精密仪表(8)调节后控制气体的流量、压力；

2)进入一号温度调节装置(2)，调整好气源的温度后进入配水装置(5)，气源和水源充分混合后再通过二号温度调节装置(7)进行对气体降温以确保出来的气体达到该温度下的饱和状态；

3)进入吸附装置(6)进行吸附，再通过进出口气体中水含量的在线监控，实时监测吸附柱内部吸附剂对水的吸附情况，通过实验数据计算出该工况下吸附剂对水的吸附量，吸附装置(6)内设有称重设模块可以实时记录吸附装置的重量变化，实际重量变化和通过控制器读取的数据进行理论计算后得出的吸附水分的数据相结合，使试验结果更精准可靠。

10.根据权利要求9所述的一种在动态工况下吸附水能力的测试装置的测试方法，其特征在于：正常吸附结束后，切换到再生系统(9)，具体分为加热和吹冷两个过程，其中加热时，气源设备(1)的气体通过压力调节装置(3)、流量调节装置(4)和精密仪表(8)调节再生条件，控制再生气的流量、压力；

关闭一号温度调节装置(2)与配水装置(5)间的管线上电控阀，将再生气通过一号温度调节装置(2)加温到一定的温度后直接进入吸附装置(6)，将吸附装置(6)内部的吸附剂加热，从而带走吸附剂之前吸附的水分；

加热结束后，通过控制器关闭一号管线(10)和二号管线(11)上的电控阀实现切换流路，使冷的气源设备(1)经过压力调节装置(3)、流量调节装置(4)和精密仪表(8)进行流量和压力的调整后，不再经过一号温度调节装置(2)直接进入吸附装置(6)，将整个吸附装置(6)及内部的吸附剂的温度吹冷至常温。

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