一种沼气提纯变压吸附塔的制作方法

1.本实用新型属于化工实验设备领域，尤其涉及一种沼气提纯变压吸附塔。


背景技术：

2.沼气是一种再生能源，它是有机物质在厌氧条件下，经过微生物的发酵作用而生成的一种混合气体，主要成分是ch4和co2。由于其含有大量的co2，只能用于燃烧。为了使沼气能够用作车用燃料，就必须要脱除其中的co2，以提高其中的ch4浓度。变压吸附是常用的气体分离技术，是利用在加压状态下吸附剂可以有选择性地吸附沼气中的co2，从而达到使ch4与co2分离的目的。同时，在减压状态下，吸附剂释放被吸附的co2，使吸附剂得以再生。沼气在提纯时所使用的吸附塔中装有吸附剂，在吸附填料上放置有圆形带孔的填料压板，填料压板与吸附塔内壁不固定，在沼气进行吸附分离时，当气流变大，填料压板在重力作用下位置会发生变化，严重的时候，填料压板大角度倾斜或者侧翻，填料压板和吸附塔内壁形成较大缝隙，吸附剂会从缝隙中逃逸，导致填料压板失效，影响吸附效果。因此，如何使填料压板不侧翻，防止填料跳动和逃窜，保证吸附塔正常运行是要解决的一个问题。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的是提供一种沼气提纯变压吸附塔，以解决在吸附塔工作时填料压板大角度倾斜或者侧翻，吸附剂逃逸影响吸附效果的问题。本实用新型所采用的技术方案如下：
4.一种沼气提纯变压吸附塔，包括塔体，塔体为上下开口的筒体，塔体的顶端通过上法兰盖密封，塔体的底端通过下法兰盖密封，塔体的下部设有支撑板，支撑板为孔板，支撑板上设有缓冲物，缓冲物为透气缓冲物，填料压板滑动设置在塔体内，填料压板的外周面与塔体的内周面相配合，缓冲物和填料压板之间设有吸附剂，填料压板上设有若干气孔，所述气孔的孔径小于吸附剂的粒径，填料压板与上法兰盖之间形成集气空间，出气管贯穿上法兰盖，所述集气空间通过出气管与甲烷收集装置连通，支撑板与下法兰盖之间形成进气空间，进气管贯穿下法兰盖，所述进气空间通过进气管与沼气供气装置连通；
5.上法兰盖为聚四氟乙烯法兰盖，上法兰盖的下端面上设有安装沉槽，所述安装沉槽内设有测力传感器和电磁铁，测力传感器和电磁铁上下抵靠，电磁铁和测力传感器分别与pi调节单片机电连接，填料压板的上端面上设有永磁铁，永磁铁和电磁铁磁力相斥设置。
6.进一步的，塔体的内壁上沿轴向设置有若干滑槽，填料压板的周向上设置有若干滚珠，若干滚珠一一对应滚动设置在若干滑槽内。
7.进一步的，进气管的顶部设有气体分布器。
8.进一步的，所述pi调节单片机为80c51单片机。
9.进一步的，填料压板的上端面上设有拉手。
10.进一步的，永磁铁为环形磁铁，永磁铁与填料压板同轴设置，永磁铁的横截面积小于填料压板横截面积的20％。
11.进一步的，缓冲物为聚氨酯网状开孔蜂窝状海绵。
12.进一步的，缓冲物的孔隙密度为10ppi-20ppi。
13.进一步的，缓冲物的厚度为3mm-5mm。
14.与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：
15.1、永磁铁和电磁铁的磁力相斥设置，从而使填料压板始终受到向下的力，压在吸附剂的上表面上，防止在沼气进行吸附分离时，当气流变大，填料压板出现位移或大角度倾斜的情况，解决了因填料压板失效导致的吸附效果差的问题。
16.2、如填料压板对吸附剂的压力过大，会导致压碎吸附剂，如填料压板对吸附剂的压力过小，进入的气流使吸附剂松动，进而带动吸附剂跳动，吸附剂之间相互摩擦，会导致吸附剂粉化，故而，填料压板对吸附剂的压力应在一定范围内。根据吸附塔的直径和处理量，以及吸附剂的不同，设定填料压板对吸附剂的压力值范围为f(x)，设定测力传感器测得的压力为f(t)，f(t)与f(x)的变化值相等，即填料压板对吸附剂的压力值可以反映在测力传感器上，当反馈压力不在比较值的范围内时，pi调节单片机对电磁铁的输入电流进行pi调节，进而可使f(x)始终处于设定的压力值范围内。
17.3、在填料压板的外周安装滚珠，在吸附塔的内壁上设有滑槽，填料压板可以通过滚珠在滑槽中滚动来调节高度，以适应不同吸附剂的填装高度，滚珠与滑槽具有周向限位，可防止填料压板侧翻导致的吸附剂逃逸，实用性更强。
附图说明
18.图1是本实用新型的结构示意图；
19.图2是图1的a-a剖视图；
20.图3是图1的b处放大图；
21.图4是pi调节单片机的控制原理图；
22.图中：1-塔体、11-滑槽、12-缓冲物、13-支撑板、2-上法兰盖、21-出气管、22-挡环、23-热熔胶、3-下法兰盖、31-进气管、32-气体分布器、4-填料压板、41-滚珠、42-拉手、5-吸附剂、6-永磁铁、7-电磁铁、8-测力传感器。
具体实施方式
23.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中示出的具体实施例来描述本实用新型。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本实用新型的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本实用新型的概念。
24.本实用新型所提到的连接分为固定连接和可拆卸连接，所述固定连接即为不可拆卸连接包括但不限于折边连接、铆钉连接、粘结连接和焊接连接等常规固定连接方式，所述可拆卸连接包括但不限于螺栓连接、卡扣连接、销钉连接和铰链连接等常规拆卸方式，未明确限定具体连接方式时，默认可在现有连接方式中找到至少一种连接方式实现该功能，本领域技术人员可根据需要自行选择。例如：固定连接选择焊接连接，可拆卸连接选择螺栓连接。
25.以下将结合附图，对本实用新型作进一步详细说明，以下实施例是对本实用新型
的解释，而本实用新型并不局限于以下实施例。
26.实施例：如图所示，一种沼气提纯变压吸附塔，包括塔体1，塔体1为上下开口的筒体，塔体1的顶端通过上法兰盖2密封，塔体1的底端通过下法兰盖3密封，塔体1的下部设有支撑板13，支撑板13为孔板，支撑板13上设有缓冲物12，缓冲物12为透气缓冲物，填料压板4滑动设置在塔体1内，填料压板4的外周面与塔体1的内周面相配合，缓冲物12和填料压板4之间设有吸附剂5，吸附剂5为分子筛，主要成分为硅铝酸盐化合物，填料压板4压在吸附剂5的上表面上，填料压板4上设有若干气孔，所述气孔的孔径小于吸附剂5的粒径，填料压板4与上法兰盖2之间形成集气空间，出气管21贯穿上法兰盖2，所述集气空间通过出气管21与甲烷收集装置连通，支撑板13与下法兰盖3之间形成进气空间，进气管31贯穿下法兰盖3，所述进气空间通过进气管31与沼气供气装置连通；
27.上法兰盖2为聚四氟乙烯法兰盖，上法兰盖2的下端面上设有安装沉槽，所述安装沉槽内设有测力传感器8和电磁铁7，测力传感器8和电磁铁7上下抵靠，安装沉槽的深度略大于测力传感器8和电磁铁7的抵靠高度，是测力传感器8和电磁铁7之间初始状态下不存在挤压，所述安装沉槽的槽口设有挡环22，挡环22对电磁铁7向下限位，电磁铁7的电感线圈和测力传感器8分别与pi调节单片机电连接，电磁铁7的导线和测力传感器8的导线延伸至上法兰盖外，并通过热熔胶23密封导线孔道，填料压板4的上端面上设有永磁铁6，永磁铁6和电磁铁7磁力相斥设置。
28.永磁铁6和电磁铁7的磁力相斥设置，从而使填料压板4始终受到向下的力，压在吸附剂5的上表面上，防止在沼气进行吸附分离时，当气流变大，填料压板4出现位移或大角度倾斜的情况，解决了因填料压板4失效导致的吸附效果差的问题。
29.如填料压板4对吸附剂5的压力过大，会导致压碎吸附剂，如填料压板4对吸附剂的压力过小，进入的气流使吸附剂松动，进而带动吸附剂5跳动，吸附剂之间相互摩擦，会导致吸附剂5粉化，故而，填料压板4对吸附剂5的压力应在一定范围内。
30.根据吸附塔的直径和处理量，以及吸附剂的不同，设定填料压板4对吸附剂5的压力值范围为f(x)，设定填料压板4及永磁铁6的重力为g1，电磁铁7的重力为g2，当电磁铁7通电后，永磁铁6与电磁铁7的磁力相斥，二者受到的磁斥力相等，设定测力传感器8测得的压力为f(t)，则有：
31.f(x)-g1＝f(t)+g2
32.其中，g1、g2均为已知条件，由等式可知，f(t)与f(x)的变化值相等，即填料压板4对吸附剂5的压力值可以反映在测力传感器8上，根据f(x)设定的范围值，在pi调节单片机上设置f(t)的比较压力值范围，设定测力传感器8实际测得的反馈压力为f*，当f*在f(t)的范围内时，填料压板4处于刚好将吸附剂5压住的状态下，当填料压板4下端的气体对其压力变大时，填料压板4出现位移时，永磁铁6和电磁铁7的距离也发生改变，进而磁斥力改变，f*也同样随之改变，测力传感器8将反馈压力f*反馈至pi调节单片机与f(t)进行比较，如f*不在f(t)的范围内，则pi调节单片机对电磁铁7的输入电流进行调节，当f*大于f(t)时，说明永磁铁6和电磁铁7的距离变近，pi调节单片机则调大电磁铁7的输入电流，使磁斥力增大，永磁铁6和电磁铁7的距离在磁斥力变大的情况下变远，继而f*减小，当f*减小至f(t)范围内时，电磁铁7的输入电流停止调整，使f(x)始终处于设定的压力值范围内。
33.为保证填料压板4始终压在吸附剂5上，需要调节电磁铁6的输入电流，利用pi调节
技术，搭建以80c51单片机为核心的压力反馈调节控制系统。
34.pi反馈调节的计算公式为：
[0035][0036]
式中：
[0037]
i(t)-电磁线圈输出电流；
[0038]
e(t)-设定压力与反馈压力的偏差；
[0039]
kp-比例系数；
[0040]
ki-积分系数；
[0041]
e(t)的计算公式为：
[0042]
e(t)＝f(t)-f*
[0043]
塔体1的内壁上沿轴向设置有若干滑槽11，填料压板4的周向上设置有若干滚珠41，若干滚珠41一一对应滚动设置在若干滑槽11内。
[0044]
填料压板4与塔体1的内壁不接触，两者之间存在微小间隙，通过滚珠41在滑槽11中滚动来配合，最大限度的降低滑动摩擦，填料压板4可以通过滚珠41在滑槽11中滚动来调节高度，以适应不同吸附剂5的填装高度，滚珠41与滑槽11具有周向限位，可防止填料压板4侧翻导致的吸附剂逃逸，实用性更强。
[0045]
进气管31的顶部设有气体分布器32。气体分布器32用于使沼气分散均匀的通过吸附剂5。
[0046]
所述pi调节单片机为80c51单片机。
[0047]
填料压板4的上端面上设有拉手。
[0048]
永磁铁6为环形磁铁，永磁铁6与填料压板4同轴设置，永磁铁6的横截面积小于填料压板4横截面积的20％，使永磁铁6和电磁铁7的磁斥力可以均匀的分布在填料压板4上。
[0049]
缓冲物12为聚氨酯网状开孔蜂窝状海绵。缓冲物12用于吸附剂5与支撑板直接接触挤碎。
[0050]
缓冲物12的孔隙密度为10ppi-20ppi。
[0051]
缓冲物12的厚度为3mm-5mm。
[0052]
以上实施例只是对本专利的示例性说明，并不限定它的保护范围，本领域技术人员还可以对其局部进行改变，只要没有超出本专利的精神实质，都在本专利的保护范围内。