DOC《南京林业大学》

南京林业大学 本科毕业论文 题目:基于Pro/E的吸附床造型研究 学院: 机械电子工程学院 专业:过程装备与控制工程 学号:

070305122 学生姓名: 印磊指导教师: 华洁 职称: 讲师 二O一一年六月一日 摘要当流体与多孔固体接触时,流体中某一组分或多个组分在固体表面处产生积蓄,此现象称为吸附.

人们利用这一原理,把吸附过程应用于制冷与分离领域中.吸附床广泛应用于社会生活中,对研究吸附床的研究有着十分重要的意义. 其中吸附剂是气体(液体)吸附分离过程得以实现的基础.目前在吸附分离过程中常用的吸附剂主要有合成沸石(分子筛)、活性炭、硅胶、活性氧化铝等.在工业装置中具体实施气体的吸附分离过程中,针对不同的混合物系及不同的净化度要求采用不同的吸附剂.本次实验装置采用的吸附剂为活性炭为基础的碳分子筛. 碳分子筛是一种既具有活性炭又有分子筛的某些特征的碳吸附剂.由于活性炭有丰富的空隙结构,使活性炭具有吸附气体和液体分子的能力,因此活性炭的空隙结构对活性炭的吸附性能有非常重要的影响.碳分子筛具有非常小的微孔组成,孔径大约分布在0.3nm到1nm之间,采用分子筛作为吸附剂目的是用于空气分离纯氮.它吸附氧气而得到纯氮,就是可以得到比原始空气压力稍低的氧气,减少了氮的压缩功.假设用沸石分子筛作为吸附剂分离空气制氮,释放出氧气,但其再从吸附剂上解吸,得到的纯氮基本无压力.因此需要再加压才能够应用于工业方面. 对于一套新的实验装置来说,传统的研究方法是以二维平面图来表示其形结构、形状.这种方法不但不形象而且修改也不方便.因此,本研究利用Pro/ENGINEER对吸附床各零件进行三维建模、虚拟装配与装配动画演示. 本文采用 积木 式的建模方法,即先创建一个反映零件主要形状的基础特征,然后在这个基础特征上添加其他的一些特征.本装置零件建模主要包括上下封头、筒体、上下接管、翅片、封条、隔板、支座等的建模. 装置的装配主要是利用 匹配 、 对齐 等装配约束指定一个元件相对于装配体中其他元件的放置方式和位置,最后将所有的零件装配成装置三维实体模型.装配动画演示的内容主要包括:动画的创建、时间与视图间关系的创建、时间与透明间关系的创建.结果表明,使用Pro/ENGINEER创建实体模型,可实现实体的直观、立体化;

充分利用Pro/ENGINEER单一数据库管理特性,通过改变尺寸参数可以方便地修改和更新零件;

通过虚拟装配和动画演示还可以直观地观察零件间的相互位置关系和装配关系.关键词:碳分子筛, 建模, 装配, Pro/ENGINEER ABSTRACT When fluid and porous solid contact, fluid of a component or more components in the solid surface place produce savings, this phenomenon is called adsorption. People use this one principle, the adsorption processes used in refrigeration and separation fields. Adsorption bed is widely applied in social life, the study of the adsorption bed is of great significance to research. Among them is gas (liquid) absorbent adsorption separation process implemented basis. Currently in adsorption separation process are mainly used in the synthesis of zeolite (absorbents, activated carbon, molecular sieve) silica gel, the activated alumina, etc. In the industrial installations in concrete implementation gas adsorption separation process, according to the different mixtures departments and different purification degrees require the use of different adsorbent. This experiment device is adopted for the adsorbent based carbon molecular sieves activated carbon. Carbon molecular sieve is a kind of both has activated charcoal and zeolite some characteristics of carbon adsorbent. Because the gap has rich activated carbon structure, so has the adsorption gas and liquid molecules, so the ability of active carbon adsorption space structure on a very important effect performance. (2) carbon molecular sieve has very small microporous composition, aperture about distribution between 0.3 nm to 1nm in, the molecular sieve as adsorbent purpose is used in air separation pure nitrogen. It traps oxygen and get pure nitrogen, is that it can get a bit lower than the original air pressure of oxygen, reduce the nitrogen compression work. Assumptions with zeolites as adsorbent separation air nitrogen making, releases the oxygen, but its again from sorbents, get on the pure nitrogen desorption basic without pressure. Therefore need to pressure to application in industrial aspects. For a new experiment device for, the traditional method is based on two-dimensional plan to show its fractal structure, shape. This method not only image and modify isn'

t very convenient. Therefore, this study using Pro/e all parts of adsorption bed 3-d modeling, the virtual assembly and assembly animation demo This paper adopts blocks type of modeling methods, namely first create a reflect the fundamental character of primary shape parts in this foundation, then add some other characteristics of features. This device parts modeling mainly includes fluctuation sealing head, barrel, fluctuation takeover, fin, seals, clapboard, bearing etc modeling. Device assembly basically is to use matching , aligned designated assembly constraints such as one component of relative to the assembly body other components placed way and position, finally will all of the parts assembled into 3d entity model of the device. Assembly of animation is the main content includes: animation create, time and the view of the relationship between time and transparent create, the relationship between to create. The results show that using Pro/e create solid model, can realize the intuitive, three-dimensional entity;

Make full use of Pro/e a single database management features, by changing the size parameters can easily modify and update parts;

Through the virtual assembly and animation demo also between parts can be observed visually the mutual position and assembly relations. Keywords: carbon molecular sieve, modeling, assembling, Pro/e 目录 摘要IABSTRACT II 目录 IV 第1章 前言

1 1.1 课题来源

1 1.2 课题研究目的与意义

1 1.3 本课题研究的主要内容

1 第2章 吸附床装置概述

2 2.1 研究吸附床的目的

2 2.2 吸附床国内外概况

3 2.2.1 国外吸附床概况

3 2.2.2 国内吸附床概况

3 2.3 吸附床设计分析

4 第3章Pro/ENGINEER软件

5 3.1 Pro/E简介

5 3.2 Pro/ENGINEER软件主要特性

5 3.3 Pro/E在机械设计中的优点

6 第4章 装置零件三维建模

7 4.1 零件建模概述

7 4.2 零件建模举例

7 4.2.1筒体

8 4.2.2 上下封头建模

13 4.2.3 薄型翅片建模

17 4.2.4隔板建模

18 4.2.5封条建模

19 4.2.6进出气接口建模

21 第5章 装置装配

24 5.1 装置装配概述

24 5.2 装置装配举例

24 5.2.1 以缺省的方式装配筒体

25 5.2.2 装配筒体法兰

26 5.2.3 装配隔板与封头

28 5.2.4 其他零件的装配

29 5.2.5 造型研究

32

第六章 装置结构演示动画

33 6.1 演示动画概述

33 6.2 演示动画举例

33 6.2.1 创建动画举例

33 6.2.2 建立时间与视图的关系

35 6.2.3 建立时间与透明的关系

36 第7章 结论

39 致谢40 参考文献

41 第1章 前言 1.1 课题来源 课题来源于华洁老师的博士论文课题. 1.2 课题研究目的与意义 当流体与多孔固体接触时,流体中某一组分或多个组分在固体表面处产生积蓄,此现象称为吸附[].人们利用这一原理,把吸附过程应用于制冷与分离领域中.通过阅读参考大量文献,了解吸附床的结构与原理. 本文主要研究典型吸附床的具体结构,通过Pro-E软件进行三维建模,并以动画的形式建新装配.此研究的目的是通过此次课题研究使自己通过本课题训练达到熟悉Pro-E软件的操作同时掌握典型的吸附床的结构. 研究的意义为通过这次课程设计,让自己拥有与提高独自研究完成一项目的能力,让吸附床能广泛地应用于制冷与分离当中. 1.3 本课题研究的主要内容 本课题利用Pro/ENGINEER软件对混合气体吸附床装置进行设计,即通过已知的装置参数对装置进行三维建模、虚拟装配、装配动画.其中主要内容包括: 用Pro/ENGINEER对装置各个零件进行三维实体建模. 利用已创建的零件模型进行装置的虚拟装配. (3)运用Pro/ENGINEER的动画模块创建装置的装配动画. 第2章 吸附床装置概述 2.1 研究吸附床的目的 首先因为我做的这个吸附床是用于空气分离氮气的,所以要谈到氮的用途. 氮主要是用于合成氨,反应式为N2+3H2=2NH3( 条件为高温、高压、和催化剂.此反应反应为可逆反应).同时氮气还是合成纤维(锦纶、腈纶),合成树脂,合成橡胶等的重要原料.因为氮气的化学惰性,常常用于保护气体.作用防止某些物体暴露于空气时被氧所氧化,利用氮气填充粮仓,它可使粮食不腐烂、不冒芽,长期保存.液氨还可以用作深度冷冻剂.它可以作为冷冻剂在医院做除斑,豆包等的手术时常常也使用, 即将斑,包,豆等冻掉,但是容易出现疤痕,并不建议使用.氮是一种营养元素还可以用来制作化肥.比如:碳酸氢铵,氯化铵,硝酸铵等. 氮气在汽车上的作用 提高轮胎行驶的稳定性和舒适性.氮气是惰性的双原子气体,化学性质极不活泼,气体分子比氧分子大,不易热胀冷缩,变形幅度小,其渗透轮胎胎壁的速度比空气慢约30~40%, 能保持稳定胎压,提高轮胎行驶的稳定性,保证驾驶的舒适性;

氮气的音频传导性低,相当于普通空气的1/5,使用氮气能有效减少轮胎的噪音,提高行驶的宁静度. 防止爆胎和缺气碾行.爆胎是交通事故中的头号杀手.据不完全统计,在高速公路上有百分之四十六的交通事故是由于轮胎发生故障引起的,其中爆胎一项就占轮胎事故总量的百分之七十.当汽车行驶时,轮胎会因与地面磨擦而温度升高,尤其是在高速行驶及紧急刹车时,胎内气体温度会急速上升,即会有爆胎的可能.而高温导致轮胎橡胶老化,疲劳强度下降,胎面磨损加重,又增加了爆胎的因素.而与一般高压空气相比,纯氮气因为无氧且不含水份不含油,它的热膨胀系数低,热传导性低,升温比较慢慢,降低了轮胎聚热的速度,不可燃也不助燃等一些特性,所以可大大地减少爆胎的概率. 减少油耗,保护环境.如果轮胎胎压的不足与受热后滚动阻力的增加,会造成汽车不含水,热传导性比较低,升温慢的特性,降低了轮胎行走时温度的升高,以及轮胎变形小抓地力提高等,降低了滚动阻力,从而达到减少油耗的目的. 设计这个吸附床就是为了制造分离更多氮气,作为原料,为社会生产制造做服务. 2.2 吸附床国内外概况 吸附床,吸附已经发展了了近一百五十年了,现如今,吸附主要应用于吸附过程被广泛应用于制冷、分离等装置中.如提取乙稀技术,制冰,事物的冷藏,提取一氯甲烷等等.吸附技术为生活,生产的发展提供了关键支持. 2.2.1 国外吸附床概况 吸附制冷的记录是1848年Faraday发现Agcl吸附NH3产生制冷.20世纪20年代人们开始研究应用吸附制冷.最早的应用是在火车上的冷藏用硅胶SO2为吸附工质,是以燃烧丙烷为热源,采用空气冷却,最低温度可以达到-12摄氏度.1940―1945年期间从伦敦到利物浦的火车上,采用了吸附式制冷系统对食物进行冷藏,吸附工质是 CaCl2 ―NH3 ,热源是100℃的水蒸气.同时吸附制冷技术对太阳能的研究做出了贡献.日本Tokyo Gas Co. Ltd 生产了由热水驱动的吸附制冷机.英国研制出了用于疫苗冷藏的太阳能吸附制冷机,国际卫生组织把它推荐给发展中国家.利用吸附技术改善燃料电池热管理技术[].Min Jee Kim 基于反相布雷顿循环液化甲烷的热力学系统的设计【]. ................