Priča o PSA generatoru kisika

Adsorpcija uz promjenu tlaka (PSA) nije nov proces i, kao i većina dobrih izuma, s prednošću gledanja unatrag, načelo se čini očiglednim. Kao iu svim procesima adsorpcijske separacije, osnovni zahtjev je adsorbent koji preferirano adsorbira jednu komponentu (ili jednu obitelj srodnih komponenti) iz miješane sirovine. Ta selektivnost može ovisiti o razlici u ravnoteži adsorpcije ili o razlici u brzinama upijanja (kinktička selektivnost). U određenim slučajevima razlika u brzinama može biti toliko velika da je vrsta koja se sporije difuzira zapravo potpuno isključena iz adsorbensa (prosijavanje prema veličini), i u ovoj situaciji očito se može postići vrlo učinkovito odvajanje.

Svi postupci adsorpcijskog odvajanja uključuju dva glavna koraka:

(1) adsorpcija, tijekom koje se preferirano adsorbirane čestice izvlače iz punjenja;
(2) regeneracija ili desorpcija, tijekom koje se te vrste uklanjaju iz adsorbensa, čime se adsorbent "regenerira" za upotrebu u sljedećem ciklusu. korisni proizvodi iz koraka adsorpcije ili regeneracije ili iz oba koraka. Effuent tijekom koraka adsorpcije je pročišćeni rafinat" proizvod iz kojeg su uklonjene preferencijalno adsorbirane tvari. Desorbat koji se obnavlja tijekom koraka regeneracije sadrži jače adsorbirani koncentrirani oblik (u odnosu na hranu) i ponekad se naziva "ekstrakt" proizvod.

Bitna značajka PSA procesa JE da se, tijekom koraka regeneracije, preferirano adsorbirane vrste uklanjaju smanjenjem ukupnog tlaka, a ne podizanjem temperature ili pročišćavanjem istiskivanjem

Koncept PSA procesa. (a) Promjena ravnotežnog opterećenja sa sigurnošću. (h) IDkalizirana skica koja prikazuje mtwement ol adsorbe phse cnceiration profilec za ne jako neadsorbirane spccies u jednostavnom dvoslojnom PSA procesu.

sredstvo (iako je korak pročišćavanja niskog tlaka obično uključen u ciklus) Proces se odvija pod približno izotermnim uvjetima tako da je korisni kapacitet razlika u opterećenju između dvije točke, koje odgovaraju pritiscima napajanja i regeneraciji, na istoj izotermi [ Slika 1.1(a)l. Slika 1.1(b) shematski prikazuje kretanje profila koncentracije tijekom visokotlačnog punjenja i niskotlačnog koraka regeneracije. Korak punjenja obično se završava prije nego što jače adsorbirana komponenta probije sloj, dok se korak regeneracije općenito završava prije nego što se sloj potpuno desorbira. U cikličkom stabilnom stanju profil stoga oscilira oko srednjeg položaja u sloju

 

Generator kisika Psa

Psa medicinski generator kisika

PSA medicinska tvornica kisika

Glavna prednost PSA, u odnosu na druge vrste procesa adsorpcije kao što je toplinski zamah, je ta što se tlak može mijenjati mnogo brže od temperature, što omogućuje rad PSA procesa u mnogo bržem ciklusu, čime se povećava po jedinici volumena sloja adsorbensa. Glavno ograničenje je da su PSA procesi ograničeni na komponente koje nisu prejako adsorbirane. Ako je preferirano adsorbirana vrsta prejako adsorbirana, potreban je neekonomično visok vakuum da bi se izvršila desorpcija tijekom regeneracije. korak. Dakle, za vrlo snažno adsorbirane komponente termički zamah općenito je poželjna opcija budući da skromna promjena temperature proizvodi, općenito, relativno veliku promjenu u konstanti kauilibruma adsorpcije plin-krutina.

PSA procesi nisu ništa složeniji od većine konvencionalnijih procesa odvajanja, ali se razlikuju u jednoj bitnoj značajci: PTOCess radi u prolaznim uvjetima, dok većina procesa poput apsorpcije, ekstrakcije i distilacije radi u stacionarnim uvjetima.

Kao rezultat toga, i konceptualni okvir i postupci dizajna prilično su različiti. Ta se razlika najbolje može objasniti matematičkim terminima. Proces u stacionarnom stanju može se matematički opisati običnom diferencijalnom procjenom (ili skupom običnih diferencijalnih jednadžbi), a za dobivanje odnosa između radnih varijabli i izvedbe procesa potrebno je samo integracija ovog skupa jednadžbi. Nasuprot tome, prijelazni proces opisan je nizom parcijalnih diferencijalnih jednadžbi i to zahtijeva složeniju proceduru rješavanja. Kao rezultat toga, odnos između izvedbe procesa i operativnih varijabli općenito je manje očit. Postupci ili dizajn i skalkup PSA jedinica većinom su dostupni u otvorenoj literaturi. Međutim, oni još uvijek nisu općenito prihvaćeni kao dio normalnog nastavnog plana i programa kemijskog inženjerstva i, kao rezultat toga, i dalje postoji određeni prizrak tajanstvenosti .

Usprkos ranom početku, tek su tijekom 1980-ih PSA procesi dobili široko komercijalno prihvaćanje. To je ilustrirano na slici 1.2, koja prikazuje grafikon godišnjeg broja publikacija i američkih patenata koji se odnose na PSA procese u odnosu na godinu. Razlozi njegovog neuobičajeno dugog kašnjenja između izuma i komercijalizacije takvih procesa nisu posve jasni, ali čini se vjerojatnim da su suprotnost ukorijenjenih interesa u industriji kriogenog plina i nedostatak poznavanja temeljnih načela među inženjerima u praksi vjerojatno bili značajni čimbenici. Tijekom 1970-ih interes za alternativne separatonske Dro-procese bio je potaknut eskalacijom troškova energije povezanih s rastućom cijenom sirove nafte. Iako su troškovi energije pali tijekom 1980-ih, poticaj za ispitivanje alternativnih procesa i usklađivanje tehnologije sa specifikacijama proizvoda je nastavljeno.