Технологията за адсорбция с промяна на налягането (PSA) се превърна в един от най-широко възприетите методи за -генериране на газ на място, особено за производство на кислород и азот. Способността му да доставя непрекъснат газ с висока -чистота, използвайки само околен въздух и електричество, прави PSA системите незаменими в индустрии като медицински грижи, металургия, електроника, минно дело, аквакултури, химическа обработка, опаковане на храни и много други.
За да оценят напълно предимствата на системите PSA-и да вземат информирани решения относно избора на система, дизайна на инсталацията и работата-потребителите трябва да разберат как работи технологията PSA на основно ниво. Тази статия предоставя aзадълбочено, инженерно-обосновано обяснениена принципите на работа на PSA, изследване на теорията на адсорбцията, дизайна на цикъла, поведението на молекулярните сита, последователността на контрола и факторите от-реалния свят, които влияят на ефективността.
Въведение в PSA технологията
Адсорбцията с промяна на налягането е процес на физическо отделяне на газ, който разчита населективна адсорбция. Когато въздухът се компресира и преминава през адсорбентен материал, определени газови молекули се привличат и задържат на повърхността на материала по-силно от други.
В генераторите на кислород адсорбентът обикновено езеолитно молекулярно сито, който селективно адсорбира азота и пропуска кислорода. В генераторите на азот,въглеродно молекулярно сито (CMS)абсорбира предимно кислорода.
PSA системите работят притемпература на околната среда, което ги прави енергийно-ефективни и подходящи за непрекъсната промишлена работа без криогенно оборудване или съхранявани течни газове.
Науката зад адсорбцията
Адсорбцията е адхезията на газови молекули върху твърда повърхност. Влияе се от:
Молекулен размер
Полярност
Повърхностен заряд
Пореста структура на адсорбента
Физическа адсорбция
PSA технологията се базира нафизическа адсорбция, а не химическо свързване. Включените сили са:
Сили на Ван дер Ваалс
Електростатично привличане
Диполни взаимодействия
Тъй като тези сили са обратими, адсорбентът може да се регенерира многократно чрез намаляване на налягането.
Ролята на зеолитното молекулярно сито
Зеолитът е конструиран алуминосиликатен кристал с много равномерна микроструктура. В PSA кислородни системи:
Зеолитът силно адсорбираазот
Адсорбирааргон много меко
Не адсорбиракислород значително
Тази селективност формира основата на концентрацията на кислород.
Зеолитите имат:
Голяма повърхност
Прецизно контролиран размер на порите
Силен афинитет към азота
Бърза кинетика на адсорбция/десорбция
Отлична механична якост за многократно циклиране
Основни компоненти на PSA кислородна система
Типичната PSA система включва:
Въздушен компресор
Система за предварителна обработка на въздуха(филтри + изсушител)
Резервоар за въздушен приемник
Двойни адсорбционни кули (A и B)пълни със зеолитно молекулярно сито
Вентили за превключване на цикъла
Резервоар за съхранение на кислород на продукта
Система за управление и кислороден анализатор
Всеки компонент играе специфична роля в доставянето на чист, сух въздух под високо-налягане до адсорбционните кули и непрекъснатото разпределение на кислорода.
Цикълът на PSA: стъпка-по-стъпка
Принципът на работа на PSA се крие в неговияциклична адсорбция и десорбцияпроцеси. Повечето системи използват две кули, работещи последователно, за да осигурят непрекъснат поток на кислород.
Стъпка 1: Въздушна компресия
Околният въздух се засмуква в компресора, повишавайки налягането до обикновено6–10 бараза кислородни системи.
Тази стъпка позволява адсорбция на азот върху зеолита.
Стъпка 2: Предварителна обработка на въздуха
Сгъстеният въздух съдържа:
Прах
влага
Маслени изпарения
Микро{0}}аерозоли
Тези замърсители трябва да бъдат отстранени преди въздухът да влезе в контакт със зеолита. Предварителната обработка обикновено включва:
Груби филтри
Коалесциращи филтри
Филтри с активен въглен
Изсушители с хладилен агент или десикант
Контролът на влагата е особено важен, тъй като водата може необратимо да повреди молекулярното сито.
Стъпка 3: Адсорбция (кула А работи)
Влиза чист, сух въздух под наляганеКула А, където:
Азотът се адсорбира от зеолита
Кислородът и аргонът преминават към края на продукта
Тъй като аргонът не се отстранява от зеолит, чистотата на кислорода PSA е типична93% ± 2%, като аргонът съставлява остатъка.
Тъй като азотът се натрупва върху повърхността на зеолита, кулата се доближава до насищане.
Стъпка 4: Превключване на кула
Преди Кула А да достигне пълно насищане, системата превключва потока къмКула Б, позволявайки на Кула А да се регенерира.
Това превключване се контролира точно от:
Електромагнитни вентили
Пневматични клапани
Времеви последователности на PLC
Стъпка 5: Десорбция (регенериране на кула A)
Регенерацията възниква, когато налягането в кула А се освободи до атмосферни нива.
Тъй като адсорбционният капацитет намалява рязко с налягането, азотът се десорбира естествено и се изпуска.
Стъпка 6: Изравняване
Много PSA системи използват изравняване на налягането между кулите за подобряване на ефективността. Излишното налягане от адсорбиращата кула се прехвърля към регенериращата кула за:
Намалете консумацията на енергия
Намалете натоварването на компресора
Удължете живота на зеолита
Стъпка 7: Прочистване
Малка част (около 5–7%) от произведения кислород се използва за прочистване на регенериращата кула за отстраняване на остатъчния азот.
Тази стъпка възстановява висока чистота за следващия цикъл на адсорбция.
Стъпка 8: Повторно херметизиране
Преди кула A да -влезе отново във фазата на адсорбция, налягането в нея бавно се повишава, за да се стабилизира потокът и чистотата.
Това завършва цикъла на PSA.
Защо PSA технологията работи: Теорията зад колебанията в налягането
Адсорбцията зависи от налягането
При високо налягане:
Азотът е силно привлечен от зеолита
Върху адсорбента се натрупват големи количества азот
Кислородът преминава
При ниско налягане:
Капацитетът на адсорбция спада
Отделя се азот
Тази разлика в силата на адсорбция между високо и ниско налягане позволява непрекъснато разделяне.
Бързо време на цикъл
PSA системите обикновено превключват цикли на всеки:
5–10 секундив по-малки системи
20–60 секундив по-големи индустриални единици
Този бърз цикъл позволява непрекъснато генериране на кислород.
Температурна стабилност
PSA работи при стайна температура. Не е необходимо охлаждане или топлинна-дестилация, което прави:
Енергийна{0}}ефективност
Ниска-поддръжка
Подходящ за отдалечени или тежки промишлени места
Фактори, влияещи върху ефективността на PSA системата
Разбирането на променливите на производителността е от съществено значение за избора на правилната система и поддържането на стабилна работа.
Качество на въздуха
Най-големият определящ фактор за ефективността на PSA и живота на ситото е качеството на въздуха. Замърсители като масло или влага намаляват ефективността на адсорбция.
Околна температура
Високите температури намаляват ефективността на адсорбция, тъй като азотните молекули имат повече кинетична енергия и се свързват по-малко ефективно.
Стабилност на налягането
Колебанията в налягането могат да причинят:
Чистотата пада
Намален дебит
Повишено напрежение на ситото
Точност на превключване на клапана
Разпределението на клапаните трябва да е точно. Дори малки закъснения могат:
Намалете ефективността на цикъла
Причинява пробив на азот
Повредете молекулярните сита
Изискване за чистота и поток
Чистотата на кислорода (90–95% стандарт за PSA) варира в зависимост от:
Време на цикъла
Сито състояние
Налягане на кулата
Коефициент на прочистване
Предимства на PSA технологията
PSA замени традиционните модели за доставка на кислород в много индустрии поради своите оперативни предимства.
Производство на-газ при поискване
PSA системите генерират кислород на-място и при-поискване, намалявайки зависимостта от:
Цилиндрите с високо{0}}налягане
Доставки на криогенни течности
Висока надеждност
С минимални движещи се части и без термични процеси, PSA системите предлагат дълъг живот на оборудването.
Ниски оперативни разходи
Електричеството и атмосферният въздух са основните входящи източници.
Ползи за околната среда
PSA намалява:
Въглеродни емисии от доставки с камиони
Рискове-цилиндър с високо налягане
Отпадъци от криогенна енергия
Модулна скалируемост
Системите могат да бъдат разширени въз основа на производствените нужди.
PSA технология срещу други методи за разделяне на газ
Криогенна дестилация
Произвежда ултра{0}}висока чистота (до 99,999%)
Изисква сложни хладилни системи
Най-добро за-големи растения
Мембранно разделяне
Подходящ за средни изисквания за чистота
По-ниска поддръжка
По-малко селективен в сравнение с PSA
VPSA (вакуум PSA)
По-висока енергийна ефективност
По-голям отпечатък на оборудването
По-сложна операция
PSA остава най-балансираният метод за малко{0}}до-средно производство на кислород.
Общи приложения на PSA кислородни системи
Медицинско и болнично снабдяване с кислород
Инсталациите на -на място PSA осигуряват непрекъсната наличност на кислород.
Добив на злато / цианиране
Кислородът значително подобрява кинетиката на извличане на злато.
Аквакултури
Увеличава разтворения кислород във водата, подобрявайки растежа на рибите.
Рязане и заваряване на метали
Осигурява стабилен кислород за производство и обработка на стомана.
Пречистване на отпадъчни води
Подобрява аеробното бактериално разграждане.
Храна и напитки
Използва се при опаковане на MAP, ферментация и генериране на озон.
