Pressure Swing Adsorption (PSA) tækni er orðin ein útbreiddasta aðferðin við -gasmyndun á staðnum, sérstaklega fyrir súrefnis- og köfnunarefnisframleiðslu. Hæfni þess til að skila samfelldu, há-gasi með því að nota aðeins andrúmsloft og rafmagn gerir PSA kerfi ómissandi í iðnaði eins og læknisþjónustu, málmvinnslu, rafeindatækni, námuvinnslu, fiskeldi, efnavinnslu, matvælaumbúðum og margt fleira.
Til að gera sér fulla grein fyrir kostum PSA kerfa-og til að taka upplýstar ákvarðanir um kerfisval, hönnun verksmiðju og rekstur-verða notendur að skilja hvernig PSA tækni virkar á grundvallarstigi. Þessi grein veitir aítarlegar, verkfræðilegar-skýringaraf PSA vinnureglum, kanna aðsogskenningu, hringrásarhönnun, sameindasigti, stjórnunarröð og raunverulega-heimsþætti sem hafa áhrif á frammistöðu.
Kynning á PSA tækni
Pressure Swing Adsorption er líkamlegt gasaðskilnaðarferli sem byggir ásértækt aðsog. Þegar lofti er þjappað saman og farið í gegnum aðsogandi efni dragast tilteknar gassameindir að og haldast á yfirborði efnisins sterkari en aðrar.
Í súrefnisframleiðendum er aðsogsefnið venjulegaZeolite sameinda sigti, sem sértækt aðsogar köfnunarefni og leyfir súrefni að fara í gegnum. Í köfnunarefnisframleiðendum,kolefni sameinda sigti (CMS)gleypir súrefni helst.
PSA kerfi starfa klumhverfishitastig, sem gerir þær-orkuhagkvæmar og hentugar fyrir samfelldan iðnrekstur án frystibúnaðar eða geymdra fljótandi lofttegunda.
Vísindin á bak við aðsog
Aðsog er viðloðun gassameinda við fast yfirborð. Það er undir áhrifum af:
Sameindastærð
Pólun
Yfirborðshleðsla
Svitahola uppbygging aðsogsefnisins
Líkamlegt aðsog
PSA tækni byggir álíkamlegt aðsog, ekki efnabinding. Sveitirnar sem taka þátt eru:
Van der Waals sveitir
Rafstöðueiginleikar
Tvípóla víxlverkun
Vegna þess að þessir kraftar eru afturkræfir er hægt að endurnýja aðsogsefnið ítrekað með því að draga úr þrýstingi.
Hlutverk Zeolite sameinda sigti
Zeolite er hannaður aluminosilicate kristal með mjög einsleita örbyggingu. Í PSA súrefniskerfum:
Zeolite aðsogast mjögköfnunarefni
Aðsogastargon mjög vægt
Aðsogast ekkisúrefni verulega
Þessi sértækni er grundvöllur súrefnisstyrks.
Zeólítar hafa:
Hátt yfirborð
Nákvæmlega stjórnað svitaholastærð
Mikil köfnunarefnissækni
Hröð frásog/afsogshreyfifræði
Frábær vélrænni styrkur fyrir endurteknar hjólreiðar
Kjarnahlutir PSA súrefniskerfis
Dæmigerð PSA kerfi inniheldur:
Loftþjöppu
Loftformeðferðarkerfi(síur + þurrkari)
Loftmóttakatankur
Tvíburar aðsogsturna (A og B)fyllt með zeólít sameinda sigti
Lokar fyrir hringrásarskipti
Súrefnisgeymir fyrir vöru
Stýrikerfi og súrefnisgreiningartæki
Hver íhlutur gegnir ákveðnu hlutverki við að skila hreinu, þurru, háþrýstilofti til aðsogsturnana og dreifa súrefni stöðugt.
PSA hringrásin: Skref-fyrir-skref
Starfsregla PSA liggur í þvíhringlaga aðsog og frásogferlum. Flest kerfi nota tvo turna sem starfa til skiptis til að veita óslitið súrefnisflæði.
Skref 1: Loftþjöppun
Umhverfisloft er dregið inn í þjöppuna, sem eykur þrýstinginn að venjulega6–10 börfyrir súrefniskerfi.
Þetta skref gerir köfnunarefnisásog á zeólítinu kleift.
Skref 2: Loftformeðferð
Þjappað loft inniheldur:
Ryk
Raki
Olíugufur
Ör-úðabrúsa
Þessi aðskotaefni verður að fjarlægja áður en loft kemst í snertingu við zeólítið. Formeðferð felur venjulega í sér:
Grófar síur
Coalescing síur
Virkar kolsíur
Kæli- eða þurrkandi þurrkarar
Rakastýring er sérstaklega mikilvæg vegna þess að vatn getur skaðað sameindasigtið óafturkræft.
Skref 3: Aðsog (Tower A Working)
Hreint, þurrt þjappað loft kemur innTurn A, þar sem:
Köfnunarefni aðsogast af zeólítinu
Súrefni og argon fara í gegnum til enda vörunnar
Vegna þess að argon er ekki fjarlægt með zeólíti er PSA súrefnishreinleiki venjulega93% ± 2%, með argon sem er afgangurinn.
Þegar köfnunarefni safnast fyrir á zeólítyfirborðinu nálgast turninn mettun.
Skref 4: Skipting á turni
Áður en Tower A nær fullri mettun skiptir kerfið flæði yfir íTurn B, sem gerir Tower A kleift að endurnýjast.
Þessari skiptingu er nákvæmlega stjórnað af:
segulloka
Pneumatic lokar
PLC tímasetningarraðir
Skref 5: Afsog (endurnýjun turns A)
Endurnýjun á sér stað þegar þrýstingur í turni A er losaður upp í andrúmsloftið.
Vegna þess að aðsogsgeta minnkar verulega með þrýstingi, frásogast köfnunarefni náttúrulega og er loftað út.
Skref 6: Jöfnun
Mörg PSA kerfi nota þrýstingsjöfnun milli turna til að bæta skilvirkni. Umframþrýstingur frá aðsogandi turninum er fluttur yfir í endurnýjunarturninn til að:
Draga úr orkunotkun
Minnka álag á þjöppu
Lengja líftíma zeólíts
Skref 7: Hreinsaðu
Lítill hluti (um 5–7%) af framleiddu súrefni er notaður til að hreinsa endurnýjunarturninn til að fjarlægja köfnunarefnisleifar.
Þetta skref endurheimtir mikinn hreinleika fyrir næstu aðsogslotu.
Skref 8: Endurþrýstingur
Áður en Tower A- fer aftur í aðsogsfasann er hægt að setja hann aftur á þrýsting til að koma á stöðugleika í flæði og hreinleika.
Þetta lýkur PSA hringrásinni.
Hvers vegna PSA tækni virkar: Kenningin á bak við þrýstingssveiflu
Aðsog er háð þrýstingi
Við háþrýsting:
Köfnunarefni laðast mjög að zeólíti
Mikið magn af köfnunarefni safnast fyrir á aðsogsefninu
Súrefni fer í gegnum
Við lágan þrýsting:
Aðsogsgeta minnkar
Köfnunarefni losnar
Þessi munur á aðsogsstyrk milli háþrýstings og lágþrýstings gerir stöðugan aðskilnað.
Fljótur hringrásartími
PSA kerfi skipta venjulega um lotur á hverjum:
5–10 sekúndurí smærri kerfum
20–60 sekúndurí stærri iðnaðareiningum
Þessi hraða hjólreiðar gera kleift að mynda súrefni án truflana.
Stöðugleiki hitastigs
PSA starfar við umhverfishita. Ekki er þörf á kælingu eða hita-eimingu, sem gerir það að verkum:
Orku-sparnaður
Lítið-viðhald
Hentar fyrir afskekktar eða erfiðar iðnaðarstaðir
Þættir sem hafa áhrif á árangur PSA kerfisins
Skilningur á frammistöðubreytum er nauðsynlegur til að velja rétta kerfið og viðhalda stöðugum rekstri.
Loftgæði
Stærsti áhrifaþáttur PSA skilvirkni og líftíma sigti er loftgæði. Aðskotaefni eins og olía eða raki draga úr aðsogsvirkni.
Umhverfishiti
Hátt hitastig dregur úr aðsogsskilvirkni vegna þess að köfnunarefnissameindir hafa meiri hreyfiorku og bindast síður á áhrifaríkan hátt.
Þrýstistöðugleiki
Þrýstingasveiflur geta valdið:
Hreinleiki lækkar
Minni flæðihraði
Aukið sigti streitu
Nákvæmni ventilrofa
Tímasetning ventla verður að vera nákvæm. Jafnvel smávægilegar tafir geta:
Draga úr skilvirkni hringrásar
Valda gegnumbrot köfnunarefnis
Skemmdir sameinda sigti
Hreinleiki og flæðikrafa
Hreinleiki súrefnis (90–95% staðall fyrir PSA) er mismunandi eftir:
Tímasetning hjóla
Sigti ástand
Turnþrýstingur
Hreinsunarhlutfall
Kostir PSA tækni
PSA hefur komið í stað hefðbundinna súrefnisgjafa í mörgum atvinnugreinum vegna rekstrarlegra kosta.
Gasframleiðsla á-eftirspurn
PSA-kerfi framleiða súrefni á-staðnum og eftir-þörf, sem dregur úr ósjálfstæði á:
Háþrýstihylki-
Cryogenic vökvasendingar
Mikill áreiðanleiki
Með lágmarks hreyfanlegum hlutum og engum hitauppstreymi, bjóða PSA kerfi langan líftíma búnaðar.
Lágur rekstrarkostnaður
Rafmagn og andrúmsloft eru aðal aðföngin.
Umhverfislegur ávinningur
PSA dregur úr:
Kolefnislosun frá vöruflutningum
Hætta á háum-hylki
Cryogenic orkusóun
Mát sveigjanleiki
Hægt er að stækka kerfi miðað við framleiðsluþörf.
PSA tækni á móti öðrum gasaðskilnaðaraðferðum
Cryogenic eiming
Framleiðir ofur-mikinn hreinleika (allt að 99,999%)
Krefst flókinna kælikerfis
Best fyrir stórar-plöntur
Himnuaðskilnaður
Hentar fyrir miðlungs hreinleikakröfur
Minni viðhald
Minni sértækur miðað við PSA
VPSA (Vacuum PSA)
Meiri orkunýtni
Stærra búnaðarfótspor
Flóknari aðgerð
PSA er áfram jafnvægisaðferðin fyrir litla-til-miðlungs súrefnisframleiðslu.
Algeng forrit PSA súrefniskerfa
Súrefnisframboð læknis og sjúkrahúsa
Á-staðnum tryggja PSA verksmiðjur ótrufluð súrefnisframboð.
Gullnám / bláeyðing
Súrefni bætir útskolunarhvörf gulls verulega.
Fiskeldi
Eykur uppleyst súrefni í vatni, bætir vöxt fiska.
Málmskurður og suðu
Veitir stöðugt súrefni til framleiðslu og stálvinnslu.
Skolphreinsun
Eykur loftháð niðurbrot baktería.
Matur og drykkur
Notað í MAP umbúðir, gerjun og ósonmyndun.
