CN116267870A - 一种用于密闭仓间气调防虫的快速环流机械充氮方法及其系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于环流机械充氮气调防虫技术领域,一种用于密闭仓间气调防虫的快速环流机械充氮系统,其特征在于:使用真空压力回转吸附制氮机与存放有储藏物的密闭仓间相互对接构建一个密闭循环的快速环流机械充氮系统,使用沸石分子筛作为吸附剂装填制氮机中的吸附塔,使用干式真空泵对吸附塔吸附的氮气与水分子进行抽真空解吸并对其进行机械升温后直接泵送到密闭仓间中,同时籍借于间歇地抽提回输一部分高温产品气进入吸附塔进行“正向热力吹扫提纯”的工艺过程,形成一种“温差效应、保湿效应、热力吹扫提纯”相互支撑的综合效应,呈现出对原料气中氮气与氧气分离、产品气升温、升温后产品气输送、环流机械充氮过程中湿度稳定、输出氮气纯度提升、加快氮气渗透与扩散速度的多重效能。
Description
技术领域
本发明属于环流机械充氮技术领域,具体涉及一种用于密闭仓间气调防虫的快速环流机械充氮方法及其系统。
背景技术
环流机械充氮气调防虫技术在存放粮食、饲料、烟草、中药材、图书、档案、文物、衣物、船舱、机舱、车厢等容易滋生虫霉害的密闭空间或者密闭仓库中大规模应用,环流机械充氮气调防虫技术应用的设备主要为PSA变压吸附制氮机、真空压力回转吸附制氮机、膜分离法制氮设备等,其中能够更好地与密闭循环条件下的环流机械充氮系统相匹配应用的设备机型是真空压力回转吸附制氮机。
真空压力回转吸附制氮机采用“常压吸附+真空解吸”的运行模式,设备系统依托封闭或者是半封闭循环取气模式与密闭的气调仓间相互连通、采用常压风机抽提取气并输入进入吸附塔中进行氮气与氧气的分离处理。一般使用碳分子筛来吸附空气中的氧气,使用风机作为气体抽提、输送的动力装置,使用真空泵对碳分子筛吸附的氧气分子进行解吸、脱除并通过真空泵排出抽提出来的氧气成分,即采用“风机抽提、输送密闭空间气体进入吸附塔+碳分子筛吸附塔吸附氧气+真空泵真空解吸氧气并排空”的工艺模式实现对原料气中氮气与氧气的分离。真空压力回转吸附制氮机通常使用两组吸附塔并联方式连接,控制程序将常压吸附、均压、真空解吸、反吹扫四个运行步骤按照工艺要求对碳分子筛不断进行常压吸附和真空解吸再生来完成氮氧分离并获得所需的富氮气体。设备的两组吸附塔采取“一塔吸附+一塔解吸”的交替运行模式,即先以其中一组吸附塔进行常压吸附,另外一组吸附塔进行真空解吸,完成工艺步骤后将进行常压吸附的一组吸附塔切换为真空解吸,如此不断交替运行。
真空压力回转吸附制氮机的吸附与解吸工艺包括:首先,设备系统中的风机将密闭仓间中的空气抽提出作为制氮机的原料气,原料气经进风阀和吸入阀进入吸附塔,原料气中的氧分子被碳分子筛吸附,未被吸附的氮气分子则通过碳分子筛吸附床、排气阀、氮气流量控制阀、气流管道回输进密闭仓间,与此同时,真空泵对吸附有氧气的吸附塔(此时称之为解吸塔)进行真空解吸,此时解吸塔中碳分子筛上的氧气被真空解吸并从真空泵的排气口排放到大气中,整个工艺过程持续时间一般为几十秒。之后,进入均压模式,用上下均压阀连接吸附塔和已经完成真空解吸的解吸塔,以维持两塔内的压力平衡,持续时间为2-3秒,为了让吸附塔中碳分子筛释放氧气进行得更彻底,常压吸附后产生的一部分氮气在真空解吸形成的负压作用下,通过反吹扫阀进入解吸塔中吹扫,把塔内的氧气成分吹出吸附塔,此过程持续时间一般为1-5秒;以上两大步骤交替反复运行,两组吸附塔不断交替作为吸附塔、解吸塔,一直循环进行下去以执行系统功能。
无论是PSA变压吸附制氮机、膜制氮操作系统或者是真空压力回转吸附制氮机,虽然都可以制取高浓度的氮气,但应用在密闭仓间进行气调防虫时都会面临储存的农产品(主要是箱装的烟叶、散装或袋装的粮食)密实度高、孔隙度小,氮气往储存物中的渗透与扩散过程缓慢的难题,充氮防虫时间一般至少需要一个月甚至于更长的时间才能够完成,对于生产节奏快、密闭周期难以保障的储藏物,常规充氮气调杀虫技术难以满足实际生产的需要,长时间高浓度氮气浓度的维持需要设备系统的连续运行并形成高耗能,系统过程管控压力很大。
另外,受制于PSA变压吸附制氮机、膜制氮操作系统及传统的真空压力回转吸附制氮机中的碳分子筛、膜分离器的自身属性的限制,原料气在被进行分离处理时要经过干燥、净化的预处理环节,设备系统在制取氮气的同时还一并地将原料气中的水分、二氧化碳等一并吸附排除在系统之外,这不利于仓储农产品水分的保持(影响其水分稳定下的自然品质)及环境湿度的稳定,既增加了设备运行中的吸附剂及电能消耗,也不利于形成输入进仓的高浓度氮气往储存的农产品堆垛缝隙中扩散及渗透。
为了提高机械充氮气调防虫效率,缩短防虫时间,现有各种公开的技术大都是围绕将二氧化碳与氮气混合应用并提出相应的设备工艺与配置方法,这类技术存在的共性问题是二氧化碳大量应用的成本较高,也直接影响到“碳达峰与碳中和”目标的实现。
其它的还有以下公开的利用低氧或增温的技术或装置实现提高充氮杀虫的速度:
1)专利号CN 213756415 U专利采用高温、杀虫剂、诱虫灯结合的方法进行防虫。通过暖气管道实现高温,避免了通过电加热等其他加热装置实现高温过程中,可能出现火灾等情况,对粮仓造成不必要的损失,进风管设于出风管内一方面节省空间,另一方面可以加大出风管的出风力,更好的通过抽风机将害虫清理掉,在出风管底部的压力罐内设有杀虫剂,可以将害虫杀死或降低害虫的活力,更方便的清理出风管内的害虫,在出风管内壁和金风管外壁上涂抹超滑涂层,可以降低害虫的吸附力,方便抽风机将害虫抽离出风管,诱虫灯可以更好的将害虫诱导至出风管内。该专利仍存在使用杀虫剂污染农产品安全风险,同时仅仅依靠诱虫灯引诱难以在短时间内对农产品内的害虫进行彻底灭杀,对危害农产品的主要害虫虫态—幼虫的防治也难以奏效。
2)授权专利号CN 213695389 U专利采用在罐体内设置加热装置解决不便于使用者对烟草进行高温杀虫的问题;采用真空泵对罐体抽真空发方式解决不便于使用者对烟草进行降氧杀虫的问题。该专利单次处理的数量非常有限,并且降氧效率较低,真空泵抽吸真空的过程是一个降温过程,与加热装置的配置模式还存在工艺效能相互消减、能耗高的问题。
3)中国专利CN 111838094 A专利采用主动与被动组合式降氧,通过主动式充氮降氧使气密围护结构内的氧含量快速降低,再使用除氧剂进行被动降氧并长时间维持气密围护空间的低氧状态,达到低氧杀虫的目的。该专利的充氮降氧和除氧剂的组合式降氧存在综合降氧成本高、操作不便、除氧剂废弃物的处理排放等问题,单纯依靠高纯度的氮气进行杀虫,难以实现大幅度缩短杀虫时间周期的目的。
4)李双宇等在《不同温度下充氮低氧对赤拟谷盗各虫态致死效果与时间研究》中总结到:98%氮气体积分数下,低温18℃比准低温23℃时,100%致死各虫态的延迟时间分别为卵4d、幼虫4d、蛹6d、成虫4d;低温18℃与常温28℃时,100%致死各虫态的延迟时间分别为卵12d、幼虫8d、蛹、8d、成虫4d。这个结论说明高温有利于缩短充氮气调杀虫的时间,问题是这种思路与方法是立足于提高害虫生活环境的温度、依托于环境及害虫孳生地的温度提高以有利于害虫呼吸强度及定期扩散速度的提高,这种温度的提高需要在完成仓间环境及内部储藏物温度整体提升的前提下才能实现,这有悖于节能降碳的环保理念。
发明内容
为解决现有技术存在的技术问题,本发明的目的在于提供一种用于密闭仓间气调防虫的快速环流机械充氮方法及其系统,以提高输入的氮气在仓间中扩散与渗透的速度为创新突破口,使用沸石分子筛作为吸附剂来装填真空压力回转吸附制氮机中的吸附塔,同时使用干式真空泵对吸附塔吸附的氮气与水分子进行解吸并将其直接泵送到密闭仓间中去,形成一种“干式真空泵+沸石分子筛吸附塔+真空泵直排泵送氮气到仓间”的制氮工艺暨对输出气体进行机械升温的模式;此时原料气中的氮气及水分子经过沸石分子筛层吸附、干式真空泵对其解吸进而形成氮气与水分子的混合产品气,该混合产品气在经过干式真空泵高温的机腔过程中实现高达20-80℃的温度提升并经由干式真空泵直接泵送到密闭仓间中去,结果是可以形成了“输出氮气气流温度>密闭仓间内农产品及其包装物既有常态温度”的温差效应;
“干式真空泵+沸石分子筛吸附塔”的组合模式还使得密闭仓间内部存在的既有环境湿度得以维持,湿度或者是水分含量没有降低的混合产品气氮气,在输入进入到密闭仓间中也更有利于其从高温区域向低温区域的快速扩散;
快速环流机械充氮系统开机运行时,利用其风机进风口端的负压条件来间歇地回抽一部分干式真空泵输出的高温氮气再次进入吸附塔,按照编制的控制程序,在吸附塔进行常压吸附与真空解吸两种运行模式进行切换的间歇,执行一种高温氮气“正向热力吹扫提纯”的制氮工艺,形成对沸石分子筛吸附层内残余的氧气进行高效的吹扫、解吸与置替效应;
为实现上述目的,本发明采用的技术方案是:一种用于密闭仓间气调防虫的快速环流机械充氮方法,首先使用真空压力回转吸附制氮机A作为快速环流机械充氮系统中的充氮设备,将真空压力回转吸附制氮机A的原料气进气口A1通过原料气抽气管道L1与密闭仓间1的一端对接连通,真空压力回转吸附制氮机A的产品气排出口A6通过产品气输气管道L2与密闭仓间1相对应的另一端对接连通,构建成一种可用于气调防虫、密闭循环的快速环流机械充氮系统;
在快速环流机械充氮系统中,于真空压力回转吸附制氮机A的原料气抽气管道L1上接入一个补充新风用的新风管道L3,当快速环流机械充氮系统在不断对原料气中的氧气进行分离脱除过程中形成系统管道内部气压降低、进而影响到快速环流机械充氮系统运行的稳定性时,设置在新风管路L3上的控制阀会按照编制的程序及电信号自动开启,以从外环境中取气来补气并维持快速环流机械充氮系统内外的压力均衡;
使用的真空压力回转吸附制氮机A包括风机A2、吸附塔A3、干式真空泵A5,风机A2的输入端为原料气进气口A1,干式真空泵A5的输出端为产品气排出口A6,吸附塔A3上设有用于排放吸附塔在分离原料气过程中生成的氧气排放端口A4,风机A2的出风口与吸附塔的原料气进气口之间通过连通管道L11连接,对吸附塔进行真空解吸的干式真空泵A5的抽气口与吸附塔进行抽真空解吸时的出气口之间通过连通管道L22连接,原料气进入吸附塔的末端出气口与吸附塔的氧气排放端口A4之间通过连通管道L33连接,上述原料气抽气管道L1、产品气输气管道L2、新风管道L3等管道上均设置有控制阀;
进一步地,快速环流机械充氮系统中,上述吸附塔的原料气进气口、吸附塔在被抽真空解吸时的出气口均位于吸附塔的同一端部,二者可以独立设置、也可以共用一个端口(即原料气进气口、抽真空解吸时的出气口为同一个接有三通管的端口),在使用同一个吸附塔的运行模式下,该端口在与真空泵A5的抽气口通过连通管道L22接通并执行对吸附塔吸附层中的氮气与水分子进行抽真空解吸的功能时,吸附塔的原料气进气口实际上则变为混合产品气的出口通道;
使用沸石分子筛作为吸附剂装填真空压力回转吸附制氮机A中的吸附塔A3,以执行对进入吸附塔的原料气中相关的氮气、氧气及水分子进行吸附与分离的职能,沸石分子筛属于结晶微孔材料,具有独特的分子尺寸通道和三维框架使得沸石根据分子的大小或几何形状来分离和筛分出空气中的氮气、氧气和水分子;使用干式真空泵A5对吸附塔吸附的氮气与水分子进行抽真空解吸并将解吸出来的气体直接泵送到密闭仓间1中,形成一种真空压力回转吸附制氮机的“沸石分子筛吸附塔+干式真空泵+真空泵直排泵送氮气进入到密闭仓间中”的全新工艺组合模式暨对输出气体进行机械升温的效应;
快速环流机械充氮系统中的真空压力回转吸附制氮机A开机运行时,在编制的程序控制下,真空压力回转吸附制氮机A中的风机A2通过原料气抽气管道L1将密闭仓间1中的气体作为原料气抽提并流经连通管道L11输入到填装有沸石分子筛的吸附塔A3中,原料气在通过沸石分子筛层的过程中,其中的氮气及水分子被沸石分子筛层所吸附,而原料气中的氧气成分则会通过吸附塔A3的填料层、吸附塔的氧气排放端口A4排空而脱除,上述气流流经的连通管道上的控制阀开启,其它连通管道的控制阀关闭;真空压力回转吸附制氮机A在完成对原料气中氮气及水分子的吸附步骤后,接续启动对吸附塔A3内所吸附的氮气与水分子的抽真空解吸工艺,此时干式真空泵A5通过连通管道L22对吸附塔吸附层中的氮气与水分子进行抽真空解吸并形成氮气与水分子的混合产品气,混合产品气在经过干式真空泵A5高温的机腔过程中实现高达20-80℃的温度提升并经由产品气排出口A6、产品气输气管道L2输入进密闭仓间1中,上述混合产品气流经连通管道的控制阀自动开启,此时既形成一种“输出氮气气流温度>密闭仓间内农产品及其包装物常温状态下的既有温度”的温差效应,又形成一种原料气中水分子在经过真空压力回转吸附制氮机A脱氧制氮过程中不被吸附、密闭仓间1中既有的环境湿度得以维持的保湿效应。
按上述技术方案,快速环流机械充氮系统中的吸附塔A3至少采用2个吸附塔并联连接组成吸附塔组,以执行“一塔吸附+另一塔解吸”及可切换的交替运行模式;所述吸附塔组包括吸附塔A3-1、吸附塔A3-2,此时将从风机A2的出风口处引出的连通管道L11分出两个支管,其中的一个支管L11-1与吸附塔A3-1的原料气进口相连通、另一个支管L11-2与吸附塔A3-2的原料气进口相连通;与真空泵A5的抽气口对接的连通管道L22分出两个支管,其中的一个支管L22-1与吸附塔A3-1在被抽真空解吸时的出气口对接、另一个支管L22-2与吸附塔A3-2在被抽真空解吸时的出气口对接,该吸附塔A3-1、吸附塔A3-2在被抽真空解吸时的出气口与风机A2输出的原料气进入到吸附塔A3-1、吸附塔A3-2的进气口均位于吸附塔的同一端部;原料气进入吸附塔A3-1、吸附塔A3-2之后的末端出气口与用于排放吸附塔在分离原料气过程中生成的氧气排放端口A4之间分别通过支管L33-1、支管L33-2连接,上述各个连通管道、支管上面及排放氧气的排气口处分别设置有控制阀;使用沸石分子筛作为吸附剂装填的真空压力回转吸附制氮机A中的吸附塔A3-1和吸附塔A3-2,使用干式真空泵A5对吸附塔吸附的氮气与水分子进行抽真空解吸并将解吸出来的气体直接泵送到密闭仓间1中。
快速环流机械充氮系统运行时,真空压力回转吸附制氮机A中的吸附塔A3-1、吸附塔A3-2对原料气中氮气及水分子交替的进行吸附及解吸:在编制程序控制下,真空压力回转吸附制氮机A中的风机A2通过原料气抽气管道L1将密闭仓间1中的气体作为原料气抽提并流经支管L11-1输入到填装有沸石分子筛的吸附塔A3-1中,原料气在通过沸石分子筛层的过程中,其中的氮气及水分子被沸石分子筛层所吸附,而原料气中的氧气成分则会通过吸附塔A3-1的填料层、支管L33-1、吸附塔的氧气排放端口A4排空而脱除;在吸附塔A3-1完成对原料气中氮气及水分子的吸附步骤同时,对吸附塔A3-2内所吸附的氮气与水分子的抽真空解吸工艺步骤同步开启,此时干式真空泵A5通过支管L22-2对吸附塔A3-2吸附层中的氮气与水分子进行抽真空解吸并形成氮气与水分子的混合产品气,混合产品气在经过干式真空泵A5高温的机腔过程中实现高达20-80℃的温度提升并经由产品气排出口A6、产品气输气管道L2输入进密闭仓间1中。
按上述技术方案,按照快速环流机械充氮系统编制的程序及电控制信号,上述各个连通管道、支管中的控制阀自动开启或关闭,以保障系统中两个吸附塔分别进行的常压吸附和真空解吸的同步运行,保障系统的运行模式在“吸附塔A3-1吸附+吸附塔A3-2解吸”与“吸附塔A3-2吸附+吸附塔A3-1解吸”之间自动、反复地交替切换。
按上述技术方案,在快速环流机械充氮系统中植入“正向热力吹扫提纯”工艺,在真空压力回转吸附制氮机A中原料气进气口A1和产品气输气管道L2之间接入带有控制阀的产品气回输管路L4,快速环流机械充氮系统开机运行并按照控制程序完成吸附塔A3-1对原料气中氮气及水分子的吸附步骤后,启动一种对吸附塔A3-1的吸附层进行“正向热力吹扫提纯”工艺并接续完成对吸附塔A3-1内所吸附的氮气与水分子的抽真空解吸工艺;此时快速环流机械充氮系统中的吸附塔A3-2仍处于抽真空解吸工艺步骤中,按照为快速环流机械充氮系统编制的程序及电控制信号,将产品气回输管路L4、风机的出风口与吸附塔A3-1之间的连支管L11-1、支管L33-1、支管L22-2上的控制阀自动打开,风机A2将干式真空泵A5对吸附塔A3-2进行抽真空解吸过程中形成的混合产品气中的一部分通过产品气回输管路L4、支管L11-1回输至吸附塔A3-1中,这部分回输进入吸附塔A3-1中的处于高温态的混合产品气对分子筛吸附层内残留的氧气进行有效的赋予热能激活、解吸和正向的吹扫置替作用,吹扫出的氧气通过支管L33-1、吸附塔的氧气排放端口A4排空而脱除;
回输进入吸附塔A3-1中的高温混合产品气在对分子筛吸附层内残存氧气进行吹扫置替的同时,其中的大部分氮气与水分子会被吸附层再次吸附并在交替切换到对吸附塔A3-1抽真空解吸时再次汇集形成高温混合产品气并通过产品气排出口A6、产品气输气管道L2输入进密闭仓间1中。
按上述技术方案,吸附塔A3-1对原料气中氮气及水分子的吸附、“正向热力吹扫提纯”与吸附塔A3-2对所吸附的氮气与水分子进行抽真空解吸工艺流程完成之后,按照编制的控制程序,快速环流机械充氮系统自动切换到吸附塔A3-2对原料气中氮气及水分子的吸附、“正向热力吹扫提纯”及对吸附塔A3-1所吸附的氮气与水分子进行抽真空解吸工艺流程;上述高温氮气“正向热力吹扫提纯”工艺,提高了产品气纯度,缩短充氮杀虫时间,降低环流机械充氮气调防虫系统的运行能耗。
按上述技术方案,在真空压力回转吸附制氮机A的原料气进气口A1和产品气输气管道L2之间接入带有控制阀的产品气回输管路L4,将新的氮气源B的氮气输出管道通过三通D连通到产品气回输管路L4上,以形成一种新的“沸石分子筛的真空压力回转吸附制氮机A+新的氮气源B”结构组合模式;快速环流机械充氮系统开机运行时,吸附塔A3-1首先完成对原料气中氮气及水分子的吸附,之后接续启动正向吹扫工艺,在此期间,在风机A2进风口抽负压作用下,新的氮气源B输出氮气流中的一部分通过三通D与原料气进气口A1之间的这一段产品气回输管路L4并流经风机A2、支管L11-1输入到吸附塔A3-1中,以执行对沸石分子筛层中残存的氧气分子进行吹扫置替作用;被吹扫置替出的氧气通过吸附塔的氧气排放端口A4排空脱除,其余没有参与吹扫置替的那部分氮气则经由三通D与产品气输气管道L2之间的这一段产品气回输管路L4、产品气输气管道L2进入到密闭仓间中;
当新的氮气源B输出的氮气流不能满足对吸附塔A3-1正向吹扫的用气量时,风机A2将干式真空泵A5对吸附塔A3-2进行抽真空解吸过程中形成的混合产品气中的一部分通过产品气回输管路L4、支管L11-1同步回输至吸附塔A3-1中,这部分回输进入吸附塔A3-1中的高温混合气与氮气源B输出的氮气流对分子筛吸附层内残留的氧气进行有效的赋予热能激活、解吸和正向的吹扫置替作用,在此期间,上述新氮气源B输出氮气流经的管路上控制阀开启。
按上述技术方案,在真空压力回转吸附制氮机A的原料气进气口A1和产品气输气管道L2之间接入带有控制阀的产品气回输管路L4,将新的氮气源B的氮气输出管道通过三通D连通到产品气输气管道L2上面,以形成一种新的“沸石分子筛的真空压力回转吸附制氮机A+新的氮气源B”结构组合模式;快速环流机械充氮系统开机运行时,吸附塔A3-1首先完成对原料气中氮气及水分子的吸附,之后接续启动正向吹扫工艺,在此期间,风机A2将干式真空泵A5输出的混合产品气中的一部分通过产品气回输管路L4、支管L11-1回输至吸附塔A3-1中,这部分回输进入吸附塔A3-1中的高温混合气对分子筛吸附层内残留的氧气进行有效的赋予热能激活、解吸和正向的吹扫置替作用,吹扫出的氧气通过支管L33-1、吸附塔的氧气排放端口A4排空而脱除;
新的氮气源B输出的氮气流替代经由补充新风用的新风管道L3输入的新风气流,经由三通D与产品气输气管道L2进入到密闭仓间中,以用高纯度氮气来补气并维持管路系统内外的压力均衡,与此同时,当抽提自干式真空泵A5输出的混合产品气量不能满足对吸附塔A3-1正向吹扫的用气量时,新的氮气源B输出氮气流中的一部分经由三通D与原料气进气口A1之间的这一段产品气输气管道L2、产品气回输管路L4并流经风机A2、风机出风口与吸附塔之间的支管L11-1输入到吸附塔A3-1中,以执行对沸石分子筛内残存的氧气分子进行吹扫置替作用,此时,上述气流流经的连通管道、支管上的控制阀开启,其它连通管道、支管的控制阀关闭。
按上述技术方案,在快速环流机械充氮系统中制氮机的原料气进气口A1和产品气输气管道L2之间接入带有控制阀的产品气回输管路L4,将新的氮气源B通过新风管道L3与风机A2的原料气进气口A1连接,以形成一种新的“沸石分子筛的真空压力回转吸附制氮机A+新的氮气源B”结构组合模式;
快速环流机械充氮系统开机运行,在编制的程序控制下,快速环流机械充氮系统中的吸附塔A3-1首先完成对原料气中氮气及水分子的吸附,之后接续启动正向吹扫工艺,此时,新的氮气源B输出氮气流中的一部分通过新风管道L3、风机A2输入到吸附塔A3-1中以执行对沸石分子筛中残存的氧气分子进行吹扫置替,吹扫出的氧气通过吸附塔的氧气排放端口A4排空而脱除,新的氮气源B输出的、没有参与对沸石分子筛中残存氧气分子进行吹扫置替的这部分剩余氮气流则通过新风管道L3、产品气回输管道L4、产品气输气管道L2进入到密闭仓间参与气调防虫;当新的氮气源B输出的氮气流不能满足对吸附塔A3-1正向吹扫的用气量时,风机A2将干式真空泵A5对吸附塔A3-2进行抽真空解吸过程中形成的混合产品气中的一部分通过产品气回输管路L4、支管L11-1回输至吸附塔A3-1中,这部分回输进入吸附塔A3-1中的高温混合气对分子筛吸附层内残留的氧气进行有效的赋予热能激活、解吸和正向的吹扫置替作用,此时,上述新的氮气源B输出氮气流经管路上的控制阀开启。
按上述技术方案,将一个新的氮气源B的氮气输出管道接入到快速环流机械充氮系统并形成一种新的“沸石分子筛的真空压力回转吸附制氮机A+新的氮气源B”结构组合模式下,快速环流机械充氮系统中的吸附塔A3-1在对原料气中氮气及水分子吸附、接续进行正向吹扫工艺的过程中,快速环流机械充氮系统中的吸附塔A3-2处于抽真空解吸的工艺步骤中,在编制的程序控制下,快速环流机械充氮系统在“一塔吸附+另一塔解吸”及可切换的模式下交替运行;来自于新的氮气源B输出的、参与吹扫置替的这部分氮气会被沸石分子筛吸附层所吸附,并在接续进行的干式真空泵A5通过支管L22-1或支管L22-2抽真空作用下完成解吸形成混合产品气,其余没有参与吹扫置替的那部分氮气则经由产品气输气管道L2进入到密闭仓间中,此时,上述新的氮气源B输出氮气流经管路上的控制阀开启;
新的氮气源B输入到吸附塔A3中参与吹扫置替的那部分氮气与沸石分子筛吸附层所吸附的来自于密闭仓间原料气中的氮气分子、水分子一道在干式真空泵A5抽真空作用下完成解吸、加热升温作用,这一过程,一方面,新的氮气源B输出的氮气替代了通过产品气回输管路L4回输的产品气来完成对吸附塔3内的分子筛进行正向吹扫,减少了回输产品气的工艺损耗,增加向密闭仓间内输入纯度更高的产品气量;另一方面,所述新的氮气源B制取的氮气替代了真空压力回转吸附制氮机A通过新风管路L3对系统进行抽提新风补气方式,在弥补真空压力回转吸附制氮机A从快速环流机械充氮系统脱除氧气后导致的快速环流机械充氮系统内气压损失的同时,提高了风机A2向吸附塔A3中输入原料气的氮气浓度,减轻了真空压力回转吸附制氮机A脱氧制氮负荷。
按上述技术方案,该技术方案使用的氮气源B可以选择膜制氮机、PSA制氮机、脱氧机、真空压力回转吸附制氮机中的一种。
按上述技术方案,该技术方案使用的干式真空泵可选择干式螺杆真空泵、爪式真空泵、罗兹真空泵、涡旋真空泵、水环真空泵中的一种。
干式真空泵A5可使用SP630型干式螺杆真空泵对吸附塔吸附的氮气与水分子进行抽提、解吸,并将其直接泵送到密闭仓间1中。
按上述技术方案,该技术方案使用的真空压力回转吸附制氮机A的风机A2采用DG-600-36型气环风机。
按上述技术方案,该该技术方案可用于快速、高效地进行机械充氮气调防治密闭仓间贮存的农产品、图书、档案等以及家用衣物、家什等储藏物中的害虫。
按上述技术方案,实现上述方法的快速环流机械充氮系统,包括真空压力回转吸附制氮机A、密闭仓间1、原料气抽气管道L1、产品气输气管道L2;所述的真空压力回转吸附制氮机A包括风机A2、装填有沸石分子筛的吸附塔A3、风机出风口与吸附塔之间的连通管道L11、干式真空泵A5、真空泵的抽气口与吸附塔之间的连通管道L22;风机A2的出风口与吸附塔A3的原料气进气口之间通过管道L11相连通,吸附塔A3在被抽真空解吸时的出气口与干式真空泵A5的抽气口之间通过管道L22相连通,该吸附塔A3在被抽真空解吸时的出气口与风机A2输出的原料气进入到吸附塔A3的进气口均位于吸附塔的同一端部;风机A2的输入端为原料气进气口A1,干式真空泵A5的输出端为产品气排出口A6,吸附塔A3上设有用于排放吸附塔在分离原料气过程中生成的氧气排放端口A4;原料气进气口A1通过原料气抽气管道L1与密闭仓间1相连通,产品气排出口A6通过产品气输气管道L2与密闭仓间1相连通。
按上述技术方案,所述的吸附塔A3至少采用2个吸附塔并联连接组成吸附塔组,所述吸附塔组包括吸附塔A3-1、吸附塔A3-2,从风机A2的出风口处引出的连通管道L11分出两个支管,其中的一个支管L11-1与吸附塔A3-1的原料气进口相连通、另一个支管L11-2与吸附塔A3-2的原料气进口相连通;与真空泵A5的抽气口对接的连通管道L22分出两个支管,其中的一个支管L22-1与吸附塔A3-1在被抽真空解吸时的出气口对接、另一个支管L22-2与吸附塔A3-2在被抽真空解吸时的出气口对接,该吸附塔A3-1、吸附塔A3-2在被抽真空解吸时的出气口与风机A2输出的原料气进入到吸附塔A3-1、吸附塔A3-2的进气口均位于吸附塔的同一端部;原料气进入吸附塔A3-1、吸附塔A3-2之后的末端出气口与用于排放吸附塔在分离原料气过程中生成的氧气排放端口A4之间分别通过支管L33-1、支管L33-2连接,上述各个连通管道、支管上面及排放氧气的排气口处分别设置有控制阀。
按上述技术方案,在所述的风机A2的原料气进气口A1和产品气输气管道L2之间接入有用于“正向热力吹扫提纯”工艺的产品气回输管路L4,产品气回输管路L4带有控制阀,产品气回输管路L4的进气端与产品气输气管道L2相接通,产品气回输管路L4的出气端接风机A2的原料气进气口A1,风机A2的原料气出气口分别通过支管L11-1、支管L11-2与吸附塔组的两个吸附塔原料气进口相连通。
按上述技术方案,通过如下三种形式中的任何一种将一个新的氮气源B的氮气输出管道接入到快速环流机械充氮系统上:
(1)新的氮气源B的氮气输出管道通过三通D连通到产品气回输管路L4上;
(2)将新的氮气源B的氮气输出管道通过三通D连通到产品气输气管道L2上面;
(3)将新的氮气源B通过新风管道L3与风机A2的原料气进气口A1连接。
与现有技术相比,本发明的优点在于:
1)创新地应用“温差的存在,形成高温区域的气体分子向低温区域快速扩散”效应来破解机械充氮气调防虫时间过长的技术难题。
除了机械输入气体在仓间内部形成的浓度梯度差、气体层流和湍流效应形成的气体扩散效应以外,仓间中堆存农产品的不同部位之间存在的温差是其间各种气体流动的另一种动力源,气体分子更容易在高温区域与低温区域之间快速转移扩散,特别是在大空间体积的仓间及需要有节奏的开机运行以节省设备能耗的应用场景下,更需要寻找新的、促进气体分子快速扩散与渗透的动力源。
本发明将沸石分子筛选择性吸附空气中氮分子的特性与干式真空泵不使用油、水作为介质且产生机械热能的特点有机地结合起来,构建形成一种新的“干式真空泵+沸石分子筛吸附塔+真空泵直排泵送氮气到仓间”的制氮工艺暨对输出气体进行机械升温的模式,这种模式下,可以形成一种“环流机械充氮系统输出的氮气气流温度>密闭仓间内农产品及其包装物既有温度”的温差效应,因为密闭仓间内农产品及其包装物常态下的温度接近于仓间环境或者是大气环境的温度,这样一来,在不增加仓间设备配置、不增加系统运行能耗的情况下,借助于干式真空泵机腔内部产生的机械热能可以快速升高经过机腔的氮气气流,升温之后的氮气流则有助于仓间环境中的氮气分子向贮存物孔隙中的快速扩散、缩短充氮气调防虫时间、提升防虫效果,也进一步助力节能降碳目标的实现。
2)气力输送的原料气在经过沸石分子筛层过程中,分子筛将其中的大部分氮气分子吸附的同时,还会吸附一定数量的氧气分子,这部分称之为残存在吸附层中的氧气分子,在使用真空泵对分子筛吸附层进行解吸时,一定数量残存的氧气分子会与大部分氮气分子一同被抽真空解吸出来并混为产品气输出,这直接影响到产品气的氮气纯度。
本发明籍借设备风机进气口端的负压作用及构建的产品气回输管路,将干式真空泵输出的混合产品气中的一部分沿吸附塔进气口到产品气排出口A6的方向正向回输至吸附塔,由于沸石分子筛吸附氮气的能力远大于吸附氧气的能力,在风机风力的驱动作用下,这部分回输的产品即会对沸石分子筛层中的氧气进行高效的解吸、吹扫与置替;
这种基于“干式真空泵+沸石分子筛吸附塔+真空泵直排泵送氮气到仓间”模式下的“正向热力吹扫提纯”工艺,还充分利用了干式真空泵自身会形成高温的属性,抽提回输的产品气已经通过干式真空泵完成了温度提升,沸石分子筛层中留存的氧气分子则会在高温氮气的吹扫作用下更容易吸收热能,赋予新的热能的氧气分子更容易被激活、解吸和置替出来。相比于传统的、常温状态的氮气或空气吹扫提纯工艺,在环流机械充氮系统中新植入的“正向热力吹扫提纯”工艺会使得设备输出产品气中的氮气纯度及制氮效率有更大的提升,且不会增加设备的运行耗能。
3)本发明创新一种真空压力回转吸附制氮模式下的“沸石分子筛吸附塔+干式真空泵+真空泵直排泵送氮气到仓间”的制氮工艺组合,新的制氮工艺模式下,将沸石分子筛能够将空气中氮与水分子同时吸附的特性与干式真空泵直排泵送产品气到密闭仓间中的创新工艺进行有机地组合,实现了抽提自密闭仓间原料气中的氮气与水分子的同步回输的“保湿效应”,这种“保湿效应”有效地规避了密闭仓间在使用传统的碳分子筛制氮机、膜分离制氮机进行长周期充氮气调防虫过程中引起的环境湿度降低,有利于仓储农产品原始质量的保持。以粮食为例,原始质量指的是粮食入库时的粮食水分、不完善粒、容重、纯粮率、出油率、出糙率以及各种成分含量,这些大多数与粮食水分含量有关,如果仓储环境湿度因为进行充氮过程使用制氮机而导致降低粮食水分含量的降低,进而会影响到粮食品质的劣变。
另外,上述“保湿效应”还可以解决传统使用碳分子筛的制氮机、脱氧机以及膜分离制氮机等模式下输出的氮气赵杰进入仓间时需要经过清洁除油、除水干燥工序的缺陷,开辟了一个新的节能减排路径。
上述“保湿效应”还可以助力仓间环境中的氮气分子在一定湿度的条件下向贮存物孔隙中进行水平方向的快速渗透、缩短充氮气调的防虫时间。2022年4--6月份,在宁波曙光路仓库采用充氮技术同步处理两组采用尼龙复合膜密闭的烟垛,垛内氧气检测传感器悬挂在烟箱表面、箱内氧气检测传感器随插杆埋在烟叶内部15公分处,每组的烟叶堆垛均是将堆垛帐幕相对应两端的通风接口与真空压力回转吸附制氮机的原料气抽提管道、产品气输送管道对接连通,构建一个环流机械充氮气调防虫系统,对采集的相关数据归纳如下:
宁波曙光路仓库不同环境条件下机械充氮处理结果分析
试验数据表明,同一套制氮设备,在温湿度增加的情况下会呈现出更高的氮气扩散、渗透速度与充氮效率:处理烟叶数量更多、能耗更低、浓度达标时间更短。
与上述现象相类似,尹凤及梅宁分别在《大气污染物扩散的理论和试验研究》及《湿度变化对气体污染物扩散影响的研究》也表明:①氧气的分子扩散系数随空气相对湿度的增大而增大,从而说明湿度越大氧气的扩散速率越大;②相对湿度越大污染物浓度越小,从而说明相对湿度越大时CO的扩散速度越快,大气相对湿度的增大有利于CO的扩散,对于绝大部分的气体(不与水蒸气发生化学反应),其扩散系数随空气湿度的增大而增大;
杨佳玲在《湿度梯度作用下天然气泄漏扩散浓度场研究》研究表明,天然气密度比空气小,所以随着湿度增大,空气密度变小,天然气在水平方向随着湿度增大扩散面积也增大,天然气扩散速度更快,但是在竖直方向上,空气密度变小,密度差浮升力也变小,使其在竖直方向上扩散速度减缓;
曹鹏在《温湿度对空气中氢气扩散过程的影响》中的研究指出,随着湿度的升高,气体沿着垂直方向的浓度衰减加快,即对处于相同泄露情况的氢气来讲,其可发生燃爆区域的高度会随着湿度的上升气体扩散加快而减小。
上述类似的研究结论表明:相对湿度越大,气体扩散系数越大,气体扩散越快,特别是在水平方向这一特点更为突出。本发明人在机械充氮过程中发现的氮气扩散与渗透性特点,从另一个侧面也得到了印证,氮气同样不与水蒸气发生化学反应且密度比空气略小,因此,在整仓或垛位充氮过程中,通过稳定湿度会保证氮气在密闭空间水平方向的扩散速度。
关于氮气在密闭仓间中的扩散,还存在一种竖直方向气体密度差浮升力的干扰作用,气体的密度变小,密度差浮升力也变小,这将使竖直方向上的气体扩散减缓,这需要通过叠加机械充氮的工艺创新来减少这种干扰。
4)本发明的快速环流机械充氮系统形成的“输出氮气气流温度>密闭仓间内农产品及其包装物常温状态下的既有温度”的温差效应、抽提自密闭仓间原料气中的氮气与水分子的同步回输的“保湿效应”与“正向热力吹扫提纯”工艺之间的存在相互叠加和支撑作用,呈现出了“对原料气中氮气与氧气的分离、对产品气的升温、升温后产品气的输送、气流循环过程中湿度的稳定、提高输出氮气纯度”的多重功能,既可以缩短充氮杀虫时间、降低快速环流机械充氮系统运行能耗,还可以规避传统的用油、水充当工作介质的真空泵在工作易产生油雾及水雾泄漏污染的问题,保障仓储物原始质量的安全与稳定。
5)创新提出“沸石分子筛真空压力回转吸附制氮机A+新的氮气源B”的结构组合。这一组合模式下,一方面,新的氮气源B输出的氮气替代了通过产品气回输管路L4回输的产品气来完成对吸附塔内的分子筛进行正向吹扫,减少了回输产品气的工艺损耗,增加向密闭仓间内输入纯度更高的产品气量;另一方面,所述新的制氮机B制取的氮气替代了真空压力回转吸附制氮机A通过新风管路L3对系统进行抽提新风补气的方式,在弥补真空压力回转吸附制氮机A从密闭循环脱氧制氮系统脱除氧气后导致的系统内气压损失的同时,提高了风机A2向吸附塔A3中输入原料气的氮气浓度,减轻了真空压力回转吸附制氮机A脱氧制氮负荷,进一步提高制氮效率、缩短充氮杀虫时间。
6)本发明赋予真空压力回转吸附制氮机全新的内涵和工艺模式,更易于工程实现,可以应用在各种需要提升充氮防虫效率、缩短充氮防虫时间的应用场所。
附图说明
图1是本发明“沸石分子筛吸附塔+干式真空泵+真空泵直排泵送氮气到仓间”的制氮工艺暨对输出气体进行机械升温模式的工艺示意图;
图2是本发明采用2个吸附塔并联连接组成吸附塔组,以“一塔吸附+另一塔解吸”及可切换的交替运行模式示意图;
图3是本发明在快速环流机械充氮系统中构建的“正向热力吹扫提纯”工艺示意图;
图4是本发明“沸石分子筛真空压力回转吸附制氮机A+新的氮气源B”的结构组合示意图之一;
图5是本发明“沸石分子筛真空压力回转吸附制氮机A+新的氮气源B”的结构组合示意图之二;
图6是本发明“沸石分子筛真空压力回转吸附制氮机A+新的氮气源B”的结构组合示意图之三;
图中:1--密闭仓间、L1--原料气抽气管道、L2--产品气输气管道、L3--新风管道、L4--产品气回输管路、A--真空压力回转吸附制氮机、A1--原料气进气口、A2--风机、A3--吸附塔、A3-1--吸附塔组的第一吸附塔、A3-2--吸附塔组的第二吸附塔、L11-风机出风口与吸附塔之间的连通管道、L11-1---风机出风口与吸附塔之间连通管道的第一支管、L11-2---风机出风口与吸附塔之间连通管道的第二支管、L22--真空泵的抽气口与吸附塔之间的连通管道、L22-1---真空泵的抽气口与吸附塔之间连通管道的第一支管、L22-2---真空泵的抽气口与吸附塔之间连通管道的第二支管、A4--吸附塔的氧气排放端口、L33--原料气进入吸附塔之后的末端出气口与氧气排放端口之间的连接管道、L33-1--原料气进入吸附塔后的末端出气口与氧气排放端口之间连接管道的第一支管、L33-2--原料气进入吸附塔后的末端出气口与氧气排放端口之间连接管道的第二支管、A5--干式真空泵、A6--产品气排出口、B—新的氮气源、D—三通;
图中的箭头方向代表快速环流机械充氮系统运行时密闭仓间(密闭舱室)内部、管道及设备端口的气流方向,图示重在表达系统的布置与工艺实现形式,相关设备、组件的结构没有详细画出。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种用于密闭仓间气调防虫的快速环流机械充氮系统作进一步说明。
附图采用简化的形式仅仅是为了方便、明晰地说明本发明的相关实施例。相关的简单描述和图示仅仅是实施例并且不旨在限制本发明,特别是设备系统的自动化控制程序的编制属于专业领域的人员普遍理解的方法,以下实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式,然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言,在不脱离本发明的技术路线的情况下,为了服务于系统的功能实现可以做出各种零部件的选配、组合变型和工艺改进,这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
实施例1
如图1所示,首先使用真空压力回转吸附制氮机A作为环流机械充氮系统中的充氮设备,将真空压力回转吸附制氮机A的原料气进气口A1通过原料气抽气管道L1与密闭仓间1的一端对接连通,真空压力回转吸附制氮机A的产品气排出口A6通过产品气输气管道L2与密闭仓间1相对应的另一端对接连通,构建成一种可用于气调防虫的、密闭循环的快速环流机械充氮系统;
上述在密闭仓间1任一对称的两侧面或其上顶、下底面的位点,分别引出的1~10根产品气输气管道L2和1~10根原料气抽气管道L1,上述原料气抽气管道L1根据密闭仓间1空间体积的大小选择内径10~100mm的塑料、橡胶或金属管材的管道,产品气输气管道L2根据密闭仓间1空间体积的大小选择内径10~100mm的耐高温管道,并做保温处理;
在快速环流机械充氮系统中,于真空压力回转吸附制氮机A的原料气抽气管道L1上接入一个补充新风用的新风管道L3,当快速环流机械充氮系统在不断对原料气中的氧气进行分离脱除过程中形成系统管道内部气压降低、进而影响到快速环流机械充氮系统运行的稳定性时,设置在新风管路L3上的控制阀会按照编制的程序及电信号自动开启,以从外环境中取气来补气并维持管路系统内外的压力均衡;
使用的真空压力回转吸附制氮机A包括风机A2、钢板结构的圆筒状的吸附塔A3、干式真空泵A5,风机A2的输入端为原料气进气口A1,干式真空泵A5的输出端为产品气排出口A6,吸附塔A3上设有用于排放吸附塔在分离原料气过程中生成的氧气排放端口A4,风机A2的出风口与吸附塔原料气进气口之间通过连通管道L11连接,对吸附塔进行真空解吸的干式真空泵A5的抽气口与吸附塔进行抽真空解吸时的出气口之间通过连通管道L22连接,原料气进入吸附塔之后的末端出气口与吸附塔的氧气排放端口A4之间通过连通管道L33连接,上述原料气抽气管道L1、产品气输气管道L2、新风管道L3等管道上设置有控制阀;快速环流机械充氮系统中的吸附塔采用竖直布置、下充上排工艺,吸附塔的原料气进气口、吸附塔在被抽真空解吸时的出气口均位于吸附塔的同一底端部,原料气进入吸附塔并经过分离出来之后形成的氧气出气口与吸附塔的氧气排放端口A4则位于吸附塔的顶部;
上述吸附塔在被抽真空解吸时的出气口与吸附塔的原料气进气口均位于吸附塔的同一端部,吸附塔竖直的情况下,吸附塔在被抽真空解吸时的出气口与吸附塔的原料气进气口均位于吸附塔的底部位置;吸附塔的吸附阶段,在风机A2驱动下,原料气通过自下而上进入吸附塔并通过吸附层,此时氧气成分会通过沸石分子筛填料吸附层并通过氧气排放端口A4排空,与此同时,原料气中的氮气与水分子则被填料层所吸附且是自下而上的吸附量逐步减少,故此,对被吸附的氮气与水分子进行解吸时也优先采用自底部位置向外抽提的模式以实现解吸效果最大化;吸附塔在被抽真空解吸时的出气口与吸附塔的原料气进气口可以分别独立设置、也可以共用一个端口,在使用同一个吸附塔进行吸附与解吸交替、间歇运行模式下,该端口在与真空泵A5的抽气口通过连通管道L22接通并执行对吸附塔吸附层中的氮气与水分子进行抽真空解吸时,吸附塔的原料气进气口实际上则变为混合产品气的出口通道;在对吸附塔进行抽真空解吸时,吸附塔的原料气进气口作为与真空泵抽气口对接的出气口使用时,可以在该端口处接出一个带有控制阀的三通管,三通管分别接风机A2的出风口、吸附塔A3的底端、和真空泵A5的抽风口;
真空压力回转吸附制氮机A的风机A2采用DG-600-36型气环风机,使用JLOX-103型沸石分子筛作为吸附剂装填真空压力回转吸附制氮机A中的吸附塔A3,干式真空泵(或称:干式真空泵、真空泵)A5使用SP630型干式螺杆真空泵对吸附塔吸附的氮气与水分子进行抽提、解吸,并将其直接泵送到密闭仓间1中,形成一种不同于传统真空压力回转吸附制氮机的“沸石分子筛吸附塔+干式真空泵(或称:干式螺杆真空泵)+真空泵直排泵送氮气到仓间”的制氮工艺暨对输出气体进行机械升温的模式;
对上述构建完成的快速环流机械充氮系统(或称构建一个环流机械充氮气调防虫系统)中的管道、接头处、密闭仓间进行查漏补洞工作,采用负压检测法测试密闭空间的气密性,管道及密闭仓间的气密性监测应用压力衰减试验(Pt试验)的办法进行,具体监测办法参考中华人民共和国国家标准GB/T25229—2010《粮油储藏---平房仓气密性要求》的相关规定进行,使得气调装置不低于二级气密性标准,气密性不够的,通过查漏补洞或更换密闭材料的办法解决;
快速环流机械充氮系统中的真空压力回转吸附制氮机A开机运行时,在编制的程序控制下,真空压力回转吸附制氮机A中的风机A2通过原料气抽气管道L1将密闭仓间1中的气体作为原料气抽提并流经连通管道L11输入到填装有沸石分子筛的吸附塔A3中,原料气在通过沸石分子筛层的过程中,其中的氮气及水分子被沸石分子筛层所吸附,而原料气中的氧气成分则会通过吸附塔A3的填料层、吸附塔的氧气排放端口A4排空而脱除,上述气流流经的管道上的控制阀开启,其它管道的控制阀关闭;真空压力回转吸附制氮机A在完成对原料气中氮气及水分子的吸附步骤后,接续启动对吸附塔A3内所吸附的氮气与水分子的抽真空解吸工艺,此时干式真空泵A5通过连通管道L22对吸附塔吸附层中的氮气与水分子进行抽真空解吸并形成氮气与水分子的混合产品气,混合产品气在经过干式真空泵A5高温的机腔过程中实现高达20-80℃的温度提升并经由产品气排出口A6、产品气输气管道L2输入进密闭仓间1中,上述混合产品气流经管道的控制阀自动开启,此时既形成一种“输出氮气气流温度>密闭仓间内农产品及其包装物常温状态下的既有温度”的温差效应,又形成一种原料气中水分子在经过真空压力回转吸附制氮机A脱氧制氮过程中不被吸附、密闭仓间1中既有的环境湿度得以维持的保湿效应;
当管路系统(管路系统包括原料气抽气管道L1、产品气输气管道L2、风机出风口与吸附塔之间的连通管道L11、真空泵的抽气口与吸附塔之间的连通管道L22、连通管道L33;或称系统管道)内部气压不断降低时会影响到快速环流机械充氮系统(快速环流机械充氮系统包括真空压力回转吸附制氮机A、原料气抽气管道L1、产品气输气管道L2)运行的稳定性,此时,设置在新风管路L3上的控制阀会按照编制的程序及电信号自动开启以从外环境中取气以维持管路系统内外之间的压力平衡。
吸附塔的进气管、抽真空解吸管、氧气排放端口分别设置有控制阀,吸附塔通过控制阀的切换实现“吸附和解吸的交替、间歇运行”,可按照编制的程序及电信号开启和关闭管道通路系统,实现各个管路的自动化开启与闭合,以保障系统功能的实现,上述各控制阀的规格型号及控制方法根据市场供应情况进行适配组合,不一一列举。
实施例2
如图2所示,与实施例1基本相同,不同之处在于:为了提高用于密闭仓间气调防虫的环流机械充氮系统的运行速度,所述的吸附塔A3至少采用2个吸附塔并联连接组成吸附塔组,以执行“一塔吸附+另一塔解吸”及可切换的交替运行模式,吸附塔组包括吸附塔A3-1、吸附塔A3-2,此时将从风机A2出风口处引出的连通管道L11分出两个支管,其中的一个支管L11-1与吸附塔A3-1的原料气进气口相连通、另一个支管L11-2与吸附塔A3-2的原料气进气口相连通;与真空泵A5的抽气口对接的连通管道L22分出两个支管,其中的一个支管L22-1与吸附塔A3-1在被抽真空解吸时的出气口对接、另一个支管L22-2与吸附塔A3-2在被抽真空解吸时的出气口对接;原料气进入吸附塔A3-1、吸附塔A3-2之后的末端出气口与用于排放吸附塔在分离原料气过程中生成的氧气排放端口A4之间分别通过支管L33-1、支管L33-2连接,上述各个连通管道、支管上面及氧气排放端口处分别设置有控制阀;
使用沸石分子筛作为吸附剂装填吸附塔A3-1和吸附塔A3-2,快速环流机械充氮系统运行时,真空压力回转吸附制氮机A中的吸附塔A3-1、吸附塔A3-2对原料气中氮气及水分子交替的进行吸附及解吸:在编制的程序控制下,真空压力回转吸附制氮机A中的风机A2通过原料气抽气管道L1将密闭仓间1中的气体作为原料气抽提并流经支管L11-1输入到填装有沸石分子筛的吸附塔A3-1中,原料气在通过沸石分子筛层的过程中,其中的氮气及水分子被沸石分子筛层所吸附,而原料气中的氧气成分则会通过吸附塔A3-1的填料层、支管L33-1、吸附塔的氧气排放端口A4排空而脱除;在吸附塔A3-1完成对原料气中氮气及水分子的吸附步骤同时,对吸附塔A3-2内所吸附的氮气与水分子的抽真空解吸工艺步骤同步开启,此时干式真空泵A5通过支管L22-2对吸附塔A3-2吸附层中的氮气与水分子进行抽真空解吸并形成氮气与水分子的混合产品气,混合产品气在经过干式真空泵A5高温的机腔过程中实现高达20-80℃的温度提升并经由产品气排出口A6、产品气输气管道L2输入进密闭仓间1中。
按上述技术方案,在快速环流机械充氮系统中,通过连通管道L11与风机A2出风口相连通的吸附塔原料气进气口、通过连通管道L22与真空泵A5的抽气口相连通的吸附塔在被抽真空解吸时的出气口均位于吸附塔的同一端部,可以独立设置、也可以共用一个端口(即原料气进气口、原料气出气口可为同一端口),该端口通过连通管道L22与真空泵A5的抽气口相连并执行对吸附塔吸附层中的氮气与水分子进行抽真空解吸的功能时,吸附塔原料气的进气口则变为混合产品气的出口通道,如将吸附塔的原料气进气口同时也作为与真空泵抽气口对接的出气口使用,则在该端口处接出一个带有控制阀的三通管,三通管分别接吸附塔的底端、真空泵A5的抽风口和风机A2的出风口;
上述快速环流机械充氮系统按照编制的控制程序及电控制信号自动运行,控制程序满足时限控制、次序控制、条件控制等不同的系统运行需求,使得系统中各个管道通路通道中的控制阀按照规定的逻辑、程序、自动地开启或关闭,控制程序编制的依据和目的是保障系统中两个吸附塔分别进行常压吸附和真空解吸的同步运行、保障系统的运行模式在“吸附塔A3-1吸附+吸附塔A3-2解吸”与“吸附塔A3-2吸附+吸附塔A3-1解吸”之间自动、反复地交替切换,为了服务于系统的功能实现,可以对快速环流机械充氮系统自动运行的控制程序及电控制信号进行新的编辑、修订及完善。
实施例3
如图3所示,与实施例1、2基本相同,不同之处在于:首先在原料气进气口A1和产品气输气管道L2之间接入带有控制阀的产品气回输管路L4,当快速环流机械充氮系统开机运行并按照编制的程序完成吸附塔A3-1对原料气中氮气及水分子的吸附步骤并转入对其所吸附的氮气与水分子进行抽真空解吸工艺的间歇,接续启动“正向热力吹扫提纯”工艺,此时快速环流机械充氮系统中的吸附塔A3-2仍处于抽真空解吸工艺步骤,快速环流机械充氮系统中的产品气回输管路L4、风机的出风口与吸附塔A3-1之间的支管L11-1、支管L33-1、支管L22-2上的控制阀自动打开,风机A2将干式真空泵A5对吸附塔A3-2进行抽真空解吸过程中形成的混合产品气中的一部分通过产品气回输管路L4、支管L11-1回输至吸附塔A3-1中,这部分回输进入吸附塔A3-1中的、处于高温态的混合产品气发挥出对分子筛吸附层内残存的氧气进行有效的赋予热能激活、解吸和正向的吹扫置替作用,吹扫出的氧气通过支管L33-1、吸附塔的氧气排放端口A4排空而脱除;上述产品气回输管路L4选择内径10~100mm的耐高温管道,并做保温处理。
吸附塔A3-1对原料气中氮气及水分子的吸附、“正向热力吹扫提纯”与吸附塔A3-2对所吸附的氮气与水分子进行抽真空解吸工艺流程完成之后,按照编制的控制程序,设备系统自动切换到吸附塔A3-2对原料气中氮气及水分子的吸附、“正向热力吹扫提纯”及对吸附塔A3-1所吸附的氮气与水分子进行抽真空解吸工艺流程。上述高温氮气“正向热力吹扫提纯”工艺,提高了产品气纯度,缩短充氮杀虫时间,降低环流机械充氮气调防虫系统的运行能耗。
上述回输进入吸附塔A3-1中的高温混合产品气在对分子筛吸附层内残存氧气进行吹扫置替的同时,其中的大部分氮气与水分子会被吸附层再次吸附并在交替切换到对吸附塔A3-1抽真空解吸时再次汇集形成高温混合产品气并通过产品气排出口A6、产品气输气管道L2输入进密闭仓间1中。
实施例4
如图4所示,与实施例1、2基本相同,不同之处在于:在原料气进气口A1和产品气输气管道L2之间接入带有控制阀的产品气回输管路L4,将新的氮气源B的氮气输出管道通过三通D连通到产品气回输管路L4上,以形成一种新的“沸石分子筛的真空压力回转吸附制氮机A+新的氮气源B”结构组合模式;
快速环流机械充氮系统开机运行时,吸附塔A3-1首先完成对原料气中氮气及水分子的吸附,之后接续启动正向吹扫工艺,在此期间,新的氮气源B输出氮气流中的一部分通过三通D与原料气进气口A1之间的这一段产品气回输管路L4并流经风机A2、支管L11-1输入到吸附塔A3-1中,以执行对沸石分子筛层中残存的氧气分子进行吹扫置替作用;被吹扫置替出的氧气通过吸附塔的氧气排放端口A4排空脱除,其余没有参与吹扫置替的那部分氮气则经由三通D与产品气输气管道L2之间的这一段产品气回输管路L4、产品气输气管道L2进入到密闭仓间1中;
使用广州维通工业气体技术有限公司生产的PSA制氮机作为新的氮气源B,当接入的新氮气源B输出的氮气流不能满足对吸附塔A3-1正向吹扫的用气量时,风机A2将干式真空泵A5对吸附塔A3-2进行抽真空解吸过程中形成的混合产品气中的一部分通过产品气回输管路L4、支管L11-1回输至吸附塔A3-1中,这部分回输进入吸附塔A3-1中的高温混合气与氮气源B输出的氮气流对分子筛吸附层内残留的氧气进行有效的赋予热能激活、解吸和正向的吹扫置替作用,在此期间,上述新的氮气源B输出氮气流经的管路上控制阀开启。
本实施例将一个新的氮气源B的氮气输出管道接入到快速环流机械充氮系统中,在形成的一种新的“沸石分子筛的真空压力回转吸附制氮机A+新的氮气源B”结构组合模式下,快速环流机械充氮系统中的吸附塔A3-1在对原料气中氮气及水分子吸附、接续进行正向吹扫工艺的过程中,快速环流机械充氮系统中的吸附塔A3-2在处于抽真空解吸工艺步骤中,在编制的程序控制下,快速环流机械充氮系统在“一塔吸附+另一塔解吸”及可切换的模式下交替运行;来自于新的氮气源B输出的、参与吹扫置替的这部分氮气会被沸石分子筛吸附层所吸附,并在接续进行的干式真空泵A5通过支管L22-1或支管L22-2抽真空作用下完成解吸形成混合产品气,其余没有参与吹扫置替的那部分氮气则经由产品气输气管道L2进入到密闭仓间中,此时,上述新的氮气源B输出氮气流经管路上的控制阀开启。
新的氮气源B输入到吸附塔A3中参与吹扫置替的那部分氮气与沸石分子筛吸附层所吸附的来自于密闭仓间原料气中的氮气分子、水分子一道在干式真空泵A5抽真空作用下完成解吸、加热升温作用,这一过程,一方面,新的氮气源B输出的氮气替代了通过产品气回输管路L4回输的产品气来完成对吸附塔3内的分子筛进行正向吹扫,减少了回输产品气的工艺损耗,增加向密闭仓间内输入纯度更高的产品气量;另一方面,所述新的氮气源B制取的氮气替代了真空压力回转吸附制氮机A通过新风管路L3对系统进行抽提新风补气方式,在弥补真空压力回转吸附制氮机A从快速环流机械充氮系统脱除氧气后导致的快速环流机械充氮系统内气压损失的同时,提高了风机A2向吸附塔A3中输入原料气的氮气浓度,减轻了真空压力回转吸附制氮机A脱氧制氮负荷。
实施例5
如图5所示,与实施例4基本相同,不同之处在于:在真空压力回转吸附制氮机A的原料气进气口A1和产品气输气管道L2之间接入带有控制阀的产品气回输管路L4,将新的氮气源B的氮气输出管道通过三通D连通到产品气输气管道L2上面,以形成一种新的“沸石分子筛的真空压力回转吸附制氮机A+新的氮气源B”结构组合模式;
快速环流机械充氮系统开机运行时,吸附塔A3-1首先完成对原料气中氮气及水分子的吸附,之后接续启动正向吹扫工艺,在此期间,风机A2将干式真空泵A5输出的混合产品气中的一部分通过产品气回输管路L4、支管L11-1回输至吸附塔A3-1中,这部分回输进入吸附塔A3-1中的高温混合气对分子筛吸附层内残留的氧气进行有效的赋予热能激活、解吸和正向的吹扫置替作用,吹扫出的氧气通过支管L33-1、吸附塔的氧气排放端口A4排空而脱除;
新的氮气源B输出的氮气流替代经由补充新风用的新风管道L3输入的新风气流,经由三通D与产品气输气管道L2进入到密闭仓间中,以用高纯度氮气来补气并维持管路系统内外的压力均衡,与此同时,当抽提自干式真空泵A5输出的混合产品气量不能满足对吸附塔A3-1正向吹扫的用气量时,新的氮气源B输出氮气流中的一部分经由三通D与原料气进气口A1之间的这一段产品气输气管道L2、产品气回输管路L4并流经风机A2、风机出风口与吸附塔之间的支管L11-1输入到吸附塔A3-1中,以执行对沸石分子筛内残存的氧气分子进行吹扫置替作用,此时,上述气流流经的管道上的控制阀开启,其它管道的控制阀关闭。
实施例6
如图6所示,与实施例4、5基本相同,不同之处在于:在原料气进气口A1和产品气输气管道L2之间接入带有控制阀的产品气回输管路L4,将新的氮气源B通过新风管道L3与风机A2的原料气进气口A1连接,快速环流机械充氮系统开机运行,在编制的程序控制下,系统中的吸附塔A3-1首先完成对原料气中氮气及水分子的吸附,之后接续启动正向吹扫工艺,此时,新的氮气源B输出氮气流中的一部分通过新风管道L3、风机A2输入到吸附塔A3-1中以执行对沸石分子筛中残存的氧气分子进行吹扫置替,吹扫出的氧气通过吸附塔的氧气排放端口A4排空而脱除;
新的氮气源B输出的、没有参与对沸石分子筛中残存氧气分子进行吹扫置替的这部分剩余氮气流则通过新风管道L3、产品气回输管道L4、产品气输气管道L2进入到密闭仓间参与气调防虫;当新的氮气源B输出的氮气流不能满足对吸附塔A3-1正向吹扫的用气量时,风机A2将干式真空泵A5对吸附塔A3-2进行抽真空解吸过程中形成的混合产品气中的一部分通过产品气回输管路L4、支管L11-1回输至吸附塔A3-1中,这部分回输进入吸附塔A3-1中的高温混合气对分子筛吸附层内残留的氧气进行有效的赋予热能激活、解吸和正向的吹扫置替作用,此时,上述新的氮气源B输出氮气流经管路上的控制阀开启。
实施例7
与实施例1、2、3、4、5、6基本相同,不同之处在于:使用的新的氮气源B为“沸石分子筛吸附塔+干式真空泵+真空泵直排泵送氮气进入到密闭仓间”的制氮工艺模式的真空压力回转吸附制氮机。
实施例8
与实施例4、5、6、7基本相同,不同之处在于:使用的新的氮气源B为膜制氮机。
实施例9
与实施例1、2、3、4、5、6、7、8基本相同,不同之处在于:使用的干式真空泵A5为涡旋真空泵;
实施例10
与实施例1、2、3、4、5、6、7、8、9基本相同,不同之处在于:使用的干式真空泵A5为罗兹真空泵;
实施例11
与实施例1、2、3、4、5、6、7、8、9、10基本相同,不同之处在于:使用的干式真空泵A5为爪式真空泵;
实施例12
与实施例1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11基本相同,不同之处在于:密闭仓间1为砖混结构的密闭仓库。
实施例13
与实施例1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11基本相同,不同之处在于:密闭仓间1为钢板结构的密闭仓、车厢、机舱或船舱。
实施例14
与实施例1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11基本相同,不同之处在于:密闭仓间1为具备良好气密性的塑料帐幕或气膜密封而形成的贮存空间。
实施例15
与实施例1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11基本相同,不同之处在于:密闭仓间1为具备良好气密性的图书、档案、文物储存仓库。
Claims (10)
1.一种用于密闭仓间气调防虫的快速环流机械充氮方法,使用真空压力回转吸附制氮机(A)作为快速环流机械充氮系统中的充氮设备,将真空压力回转吸附制氮机(A)的原料气进气口(A1)通过原料气抽气管道(L1)与密闭仓间(1)的一端对接连通,真空压力回转吸附制氮机(A)的产品气排出口(A6)通过产品气输气管道(L2)与密闭仓间(1)相对应的另一端对接连通,构建成一种可用于气调防虫的、密闭循环的快速环流机械充氮系统;在真空压力回转吸附制氮机(A)原料气抽气管道(L1)上接入一个补充新风用的新风管道(L3),当快速环流机械充氮系统在不断对原料气中的氧气进行分离脱除过程中形成系统管道内部气压降低、进而影响到快速环流机械充氮系统运行的稳定性时,设置在新风管路(L3)上的控制阀会按照编制的程序及电信号自动开启,以从外环境中取气来补气并维持快速环流机械充氮系统内外的压力均衡;
其特征在于:一种用于密闭仓间气调防虫的快速环流机械充氮方法,使用真空压力回转吸附制氮机(A)作为快速环流机械充氮系统中的充氮设备,真空压力回转吸附制氮机(A)包括风机(A2)、吸附塔(A3)、干式真空泵(A5),风机(A2)的输入端为原料气进气口(A1),干式真空泵(A5)的输出端为产品气排出口(A6),吸附塔(A3)上设有用于排放吸附塔在分离原料气过程中生成的氧气排放端口(A4),风机(A2)的出风口与吸附塔的原料气进气口之间通过连通管道(L11)连接,干式真空泵A5的抽气口与吸附塔进行抽真空解吸时的出气口之间通过连通管道(L22)连接,该吸附塔(A3)在被抽真空解吸时的出气口与风机(A2)输出的原料气进入到吸附塔(A3)的进气口均位于吸附塔的同一端部,原料气进入吸附塔之后完成吸附与分离之后的氧气气流末端出口与吸附塔的氧气排放端口(A4)之间通过连通管道(L33)连接;
上述原料气抽气管道(L1)、产品气输气管道(L2)、新风管道(L3)上均设置有控制阀;使用沸石分子筛作为吸附剂装填真空压力回转吸附制氮机(A)中的吸附塔(A3),以完成对进入吸附塔原料气的吸附与分离,使用干式真空泵(A5)对吸附塔吸附的氮气与水分子进行抽真空解吸并将解吸出来的气体直接泵送到密闭仓间(1)中,形成一种真空压力回转吸附制氮机的“沸石分子筛吸附塔+干式真空泵+真空泵直排泵送氮气进入到密闭仓间中”的全新工艺组合模式暨对输出气体进行机械升温的效应;
快速环流机械充氮系统中的真空压力回转吸附制氮机(A)开机运行时,在编制的程序控制下,真空压力回转吸附制氮机(A)中的风机(A2)通过原料气抽气管道(L1)将密闭仓间(1)中的气体作为原料气抽提并流经连通管道(L11)输入到填装有沸石分子筛的吸附塔(A3)中,原料气在通过沸石分子筛层的过程中,其中的氮气及水分子被沸石分子筛层所吸附,而原料气中的氧气成分则会通过吸附塔(A3)的填料层、吸附塔的氧气排放端口(A4)排空而脱除,上述气流流经的连通管道上的控制阀开启,其它连通管道的控制阀关闭;真空压力回转吸附制氮机(A)在完成对原料气中氮气及水分子的吸附步骤后,接续启动对吸附塔(A3)内所吸附的氮气与水分子的抽真空解吸工艺,此时干式真空泵(A5)通过连通管道(L22)对吸附塔吸附层中的氮气与水分子进行抽真空解吸并形成氮气与水分子的混合产品气,混合产品气在经过干式真空泵(A5)高温的机腔过程中实现高达20-80℃的温度提升并经由产品气排出口(A6)、产品气输气管道(L2)输入进密闭仓间(1)中,上述混合产品气流经管道的控制阀自动开启,此时既形成一种“输出氮气气流温度>密闭仓间内农产品及其包装物常温状态下的既有温度”的温差效应,又形成一种原料气中水分子在经过真空压力回转吸附制氮机(A)脱氧制氮过程中不被吸附、密闭仓间(1)中既有的环境湿度得以维持的保湿效应,两种效应相互叠加既助力输入到密闭仓间中氮气与水分子混合产品气向密闭仓间储藏物的孔隙中快速扩散与渗透,缩短充氮气调防虫时间,又可能够保障仓储物原始水分与质量的稳定。
2.根据权利要求1所述的一种用于密闭仓间气调防虫的快速环流机械充氮方法,其特征在于:所述的吸附塔(A3)至少采用2个吸附塔并联连接组成吸附塔组,以执行“一塔吸附+另一塔解吸”可切换的交替运行模式;所述的吸附塔组包括有吸附塔(A3-1)、吸附塔(A3-2),从风机(A2)的出风口处引出的连通管道(L11)分出两个气体输送支管,其中的一个支管(L11-1)与吸附塔(A3-1)的原料气进口相连通、另一个支管(L11-2)与吸附塔(A3-2)的原料气进口相连通;与真空泵(A5)的抽气口对接的连通管道(L22)分出两个气体输送支管,其中的一个支管(L22-1)与吸附塔(A3-1)在被抽真空解吸时的出气口对接、另一个支管(L22-2)与吸附塔(A3-2)在被抽真空解吸时的出气口对接,该吸附塔(A3-1)、吸附塔(A3-2)在被抽真空解吸时的出气口与风机(A2)输出的原料气进入到吸附塔(A3-1)、吸附塔(A3-2)的进气口均位于吸附塔的同一端部;原料气进入吸附塔(A3-1)、吸附塔(A3-2)之后的末端出气口与用于排放吸附塔在分离原料气过程中生成的氧气排放端口(A4)之间分别通过支管(L33-1)、支管(L33-2)连接,上述各个连通管道、支管上面及排放氧气的排气口处分别设置有控制阀;使用沸石分子筛作为吸附剂装填吸附塔(A3-1)和吸附塔(A3-2),使用干式真空泵(A5)对吸附塔吸附的氮气与水分子进行抽真空解吸并将解吸出来的气体直接泵送到密闭仓间(1)中;
快速环流机械充氮系统运行时,真空压力回转吸附制氮机(A)中的吸附塔(A3-1)、吸附塔(A3-2)对原料气中氮气及水分子进行交替的吸附及解吸:在编制的程序控制下,真空压力回转吸附制氮机(A)中的风机(A2)通过原料气抽气管道(L1)将密闭仓间(1)中的气体作为原料气抽提并流经支管(L11-1)输入到填装有沸石分子筛的吸附塔(A3-1)中,原料气在通过沸石分子筛层的过程中,其中的氮气及水分子被沸石分子筛层所吸附,而原料气中的氧气成分则会通过吸附塔(A3-1)的填料层、支管(L33-1)、吸附塔的氧气排放端口(A4)排空而脱除;在吸附塔(A3-1)对原料气中的氮气及水分子进行吸附动作的同时,对吸附塔(A3-2)内所吸附的氮气与水分子的抽真空解吸工艺步骤同步开启,此时干式真空泵(A5)通过支管(L22-2)对吸附塔(A3-2)吸附层中的氮气与水分子进行抽真空解吸并形成氮气与水分子的混合产品气,混合产品气在经过干式真空泵(A5)高温的机腔过程中实现高达20-80℃的温度提升并经由产品气排出口(A6)、产品气输气管道(L2)输入进密闭仓间(1)中;
按照编制的程序及电控制信号,上述各个连通管道、支管中的控制阀自动开启和关闭,以保障系统中存在两个以上的吸附塔组能够分别进行常压吸附和真空解吸的同步运行,保障“一塔吸附+一塔解吸”模式的自动化交替切换运行。
3.根据权利要求2所述的一种用于密闭仓间气调防虫的快速环流机械充氮方法,其特征在于:在快速环流机械充氮系统中植入“正向热力吹扫提纯”工艺,首先在原料气进气口(A1)和产品气输气管道(L2)之间接入带有控制阀的产品气回输管路(L4),当快速环流机械充氮系统开机运行并按照编制的程序完成吸附塔(A3-1)对原料气中氮气及水分子的吸附步骤并转入对其所吸附的氮气与水分子进行抽真空解吸工艺的间歇,接续启动“正向热力吹扫提纯”工艺,此时快速环流机械充氮系统中的吸附塔(A3-2)仍处于抽真空解吸工艺步骤,快速环流机械充氮系统中的产品气回输管路(L4)、风机的出风口与吸附塔(A3-1)之间的支管(L11-1)、支管(L33-1)、支管(L22-2)上的控制阀自动打开,风机(A2)将干式真空泵(A5)对吸附塔(A3-2)进行抽真空解吸过程中形成的混合产品气中的一部分通过产品气回输管路(L4)、支管(L11-1)回输至吸附塔(A3-1)中,这部分回输进入吸附塔(A3-1)中的、处于高温态的混合产品气发挥出对分子筛吸附层内残存的氧气进行有效的赋予热能激活、解吸和正向的吹扫置替作用,吹扫出的氧气通过支管(L33-1)、吸附塔的氧气排放端口(A4)排空而脱除;
上述回输进入吸附塔(A3-1)中的高温混合产品气在对分子筛吸附层内残存氧气进行吹扫置替的同时,其中大部分的氮气与水分子会被吸附层再次吸附并在交替切换到对吸附塔(A3-1)抽真空解吸时再次形成高温混合产品气并通过产品气排出口(A6)、产品气输气管道(L2)输入进密闭仓间(1)中。
4.根据权利要求1、2、3中所述的一种用于密闭仓间气调防虫的快速环流机械充氮方法,其特征在于:在真空压力回转吸附制氮机(A)的原料气进气口(A1)和产品气输气管道(L2)之间接入带有控制阀的产品气回输管路(L4)之后,通过如下三种形式中的任何一种将一个新的氮气源(B)的氮气输出管道接入到快速环流机械充氮系统中,以形成一种新的“沸石分子筛的真空压力回转吸附制氮机(A)+新的氮气源(B)”结构组合模式:
(1)将新的氮气源(B)的氮气输出管道通过三通(D)连通到产品气回输管路(L4)上,快速环流机械充氮系统开机运行时,吸附塔(A3-1)首先完成对原料气中氮气及水分子的吸附,之后接续启动正向吹扫工艺,在此期间,新的氮气源(B)输出氮气流中的一部分通过三通(D)与原料气进气口(A1)之间的这一段产品气回输管路(L4)并流经风机(A2)、支管(L11-1)输入到吸附塔(A3-1)中,以执行对沸石分子筛层中残存的氧气分子进行吹扫置替作用;被吹扫置替出的氧气通过吸附塔的氧气排放端口(A4)排空脱除,其余没有参与吹扫置替的那部分氮气则经由三通(D)与产品气输气管道(L2)之间的这一段产品气回输管路(L4)、产品气输气管道(L2)进入到密闭仓间中;
当新的氮气源(B)输出的氮气流不能满足对吸附塔(A3-1)正向吹扫的用气量时,在编制的程序控制下,风机(A2)依托进风口处的抽负压作用将干式真空泵(A5)输出混合产品气中的一部分通过产品气回输管路(L4)、支管(L11-1)回输至吸附塔(A3-1)中,这部分回输进入吸附塔(A3-1)中的高温混合气与新的氮气源(B)输出的氮气流汇集起来一道对分子筛吸附层内残存的氧气进行有效的赋予热能激活、解吸和正向吹扫置替作用;
(2)将新的氮气源(B)的氮气输出管道通过三通(D)连通到产品气输气管道(L2)上面,快速环流机械充氮系统开机运行时,吸附塔(A3-1)首先完成对原料气中氮气及水分子的吸附,之后接续启动正向吹扫工艺,在此期间,风机(A2)将干式真空泵(A5)输出的混合产品气中的一部分通过产品气回输管路(L4)、支管(L11-1)回输至吸附塔(A3-1)中,这部分回输进入吸附塔(A3-1)中的高温混合气对分子筛吸附层内残存的氧气进行有效的赋予热能激活、解吸和正向的吹扫置替作用,吹扫出的氧气通过支管(L33-1)、吸附塔的氧气排放端口(A4)排空而脱除;接入的新氮气源(B)输出的氮气流经由三通(D)汇集进入产品气输气管道(L2)中,以高纯度的氮气来补气并维持管路系统内外的压力均衡,规避经由补充新风用的新风管道(L3)输入新风气流,以保障进入密闭仓间中的氮气流的纯度;与此同时,当抽提自干式真空泵(A5)输出的混合产品气量不能满足对吸附塔(A3-1)正向吹扫的用气量时,新的氮气源(B)输出氮气流中的一部分则经由三通(D)与原料气的进气口(A1)之间的这一段产品气输气管道(L2)、产品气回输管路(L4)并流经风机(A2)、风机出风口与吸附塔之间连通管道支管(L11-1)输入到吸附塔(A3-1)中,以协同执行对沸石分子筛内残存的氧气分子进行吹扫置替作用;
(3)将新的氮气源(B)通过新风管道(L3)与风机(A2)的原料气进气口(A1)连接,快速环流机械充氮系统开机运行,在编制的程序控制下,快速环流机械充氮系统中的吸附塔(A3-1)首先完成对原料气中氮气及水分子的吸附,之后接续启动正向吹扫工艺,此时,新的氮气源(B)输出氮气流中的一部分通过新风管道(L3)、风机(A2)输入到吸附塔(A3-1)中以执行对沸石分子筛中残存的氧气分子进行吹扫置替,吹扫出的氧气通过吸附塔的氧气排放端口(A4)排空而脱除,新的氮气源(B)输出的、没有参与对沸石分子筛中残存氧气分子进行吹扫置替的剩余氮气流则通过新风管道(L3)、产品气回输管路(L4)、产品气输气管道(L2)进入到密闭仓间参与气调防虫;当新的氮气源(B)输出的氮气流不能满足对吸附塔(A3-1)正向吹扫的用气量时,风机(A2)将干式真空泵(A5)对吸附塔(A3-2)进行抽真空解吸过程中形成的混合产品气中的一部分通过产品气回输管路(L4)、支管(L11-1)回输至吸附塔(A3-1)中,这部分回输进入吸附塔(A3-1)中的高温混合气协同对分子筛吸附层内残存氧气分子进行赋予热能激活、解吸和正向的吹扫置替作用;
上述(1)、(2)、(3)三种形式中,来自于新氮气源(B)输出的、参与吹扫置替的这部分氮气会被沸石分子筛吸附层所吸附,并在接续进行的干式真空泵(A5)通过支管(L22-1)或支管(L22-2)抽真空作用下再次完成解吸并汇集到混合产品气中,其余没有参与吹扫置替的那部分氮气则经由产品气输气管道(L2)进入到密闭仓间中。
5.根据权利要求1、2、3、4中所述的一种用于密闭仓间气调防虫的快速环流机械充氮方法,其特征在于:所述的氮气源B为膜制氮机、PSA制氮机、脱氧机、真空压力回转吸附制氮机中的一种。
6.根据权利要求1、2、3、4、5中所述的一种用于密闭仓间气调防虫的快速环流机械充氮方法,其特征在于:所述的干式真空泵包括干式螺杆真空泵、爪式真空泵、罗兹真空泵、涡旋真空泵中的一种。
7.实现权利要求1所述方法的快速环流机械充氮系统,其特征在于:包括真空压力回转吸附制氮机(A)、密闭仓间(1)、原料气抽气管道(L1)、产品气输气管道(L2);所述真空压力回转吸附制氮机(A)包括风机(A2)、装填有沸石分子筛的吸附塔(A3)、风机出风口与吸附塔之间的连通管道(L11)、干式真空泵(A5)、真空泵抽气口与吸附塔之间的连通管道(L22);风机(A2)出风口与吸附塔(A3)的原料气进气口之间通过管道(L11)相连通,吸附塔(A3)在被抽真空解吸时的出气口与干式真空泵(A5)的抽气口之间通过管道(L22)相连通,吸附塔(A3)在被抽真空解吸时的出气口与风机(A2)输出的原料气进入到吸附塔(A3)的进气口均位于吸附塔的同一端部;风机(A2)的输入端为原料气进气口(A1),干式真空泵(A5)的输出端为产品气排出口(A6),吸附塔(A3)上设有用于排放吸附塔在分离原料气过程中生成的氧气排放端口(A4);原料气进气口(A1)通过原料气抽气管道(L1)与密闭仓间(1)相连通,产品气排出口(A6)通过产品气输气管道(L2)与密闭仓间(1)相连通。
8.根据权利要求7所述的快速环流机械充氮系统,其特征在于:所述的吸附塔(A3)至少采用2个吸附塔并联连接组成吸附塔组,所述吸附塔组包括吸附塔(A3-1)、吸附塔(A3-2),从风机(A2)的出风口处引出的连通管道(L11)分出两个支管,其中的一个支管(L11-1)与吸附塔(A3-1)的原料气进口相连通、另一个支管(L11-2)与吸附塔(A3-2)的原料气进口相连通;与真空泵(A5)的抽气口对接的连通管道(L22)分出两个支管,其中的一个支管(L22-1)与吸附塔(A3-1)在被抽真空解吸时的出气口对接、另一个支管(L22-2)与吸附塔(A3-2)在被抽真空解吸时的出气口对接,该吸附塔(A3-1)、吸附塔(A3-2)在被抽真空解吸时的出气口与风机(A2)输出的原料气进入到吸附塔(A3-1)、吸附塔(A3-2)的进气口均位于吸附塔的同一端部;原料气进入吸附塔(A3-1)、吸附塔(A3-2)并经过吸附和分离之后形成的氧气的末端出气口与用于排放氧气的排放端口(A4)之间分别通过支管(L33-1)、支管(L33-2)连接,上述各个连通管道、支管上面及排放氧气的排放口处分别设置有控制阀。
9.根据权利要求7、8所述的快速环流机械充氮系统,其特征在于:在所述的风机(A2)的原料气进气口(A1)和产品气输气管道(L2)之间接入有用于“正向热力吹扫提纯”工艺的产品气回输管路(L4),产品气回输管路(L4)带有控制阀,产品气回输管路(L4)的进气端与产品气输气管道(L2)相接通,产品气回输管路(L4)的出气端接风机(A2)的原料气进气口(A1),风机(A2)的原料气出气口分别通过支管(L11-1)、支管(L11-2)与吸附塔组的两个吸附塔原料气进口相连通。
10.根据权利要求7、8或9所述的快速环流机械充氮系统,其特征在于:通过如下三种形式中的任何一种将一个新的氮气源(B)的氮气输出管道接入到快速环流机械充氮系统中:
(1)新的氮气源(B)的氮气输出管道通过三通(D)连通到产品气回输管路(L4)上;
(2)将新的氮气源(B)的氮气输出管道通过三通(D)连通到产品气输气管道(L2)上面;
(3)将新的氮气源(B)通过新风管道(L3)与风机(A2)的原料气进气口(A1)连接。
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