Una guia completa del principi de funcionament dels generadors de nitrogen PSA

Un generador de nitrogen PSA sol ser la solució per al subministrament regular de nitrogen sense la necessitat de comprar cilindres amb freqüència. Separa el nitrogen i l'oxigen in situ, utilitzant aire normal, per satisfer les necessitats de les empreses per a un subministrament segur de gas si cal. Això s'aplica amb freqüència en fàbriques d'envasament d'aliments, fàbriques de tall per làser i fins i tot en fàbriques d'electrònica. Les empreses poden optar per produir el nitrogen a demanda i no haver d'esperar el seu lliurament. És fàcil, però la lògica que hi ha al darrere és una mica enginyosa i pot ser útil examinar-ho pas a pas.

Lògica bàsica de la separació d'aire per a la producció de nitrogen

La idea clau darrere d'un generador de nitrogen PSA és poder separar el nitrogen (N2) dels altres gasos de l'aire, principalment l'oxigen. Comença amb l'aire normal de l'atmosfera. L'aire es comprimeix o s'introdueix en una àrea més petita on els gasos es controlen més fàcilment i es poden moure dins del sistema. L'aire es comprimeix i passa a través d'un tamís molecular de carboni únic per comprimir-lo. Els porus d'aquest material són molt petits i altament selectius. Les molècules d'oxigen són una mica més petites que les molècules de N₂ i es mouen d'una manera lleugerament diferent, de manera que es poden atrapar més fàcilment al tamís. Les molècules de nitrogen, però, passen i es mouen. Normalment, dos d'aquests tancs estaran en funcionament. L'altre tanc es netejarà i es reiniciarà i es recollirà el tanc d'oxigen. La part de "canvi de pressió" del procés és un canvi d'anada i tornada entre els dos. Un costat està sota alta pressió per separar els gasos i després es redueix la pressió, de manera que l'oxigen es pot eliminar de la trampa. El procés es repeteix. Amb aquest canvi, el nitrogen es manté fluint constantment. Aquesta és una raó per la qual les indústries poden assegurar-se que s'utilitzarà contínuament. El nitrogen s'utilitza a la línia d'envasament d'aliments per eliminar l'oxigen de l'interior dels envasos segellats per augmentar la vida útil dels aperitius i altres productes alimentaris. Per als tallers de tall per làser, el nitrogen s'utilitza per protegir-lo de la crema o l'oxidació del metall per fer els talls més nets. El secret de la viabilitat és que no hi ha reaccions complicades i que no s'utilitzen productes químics. Només requereix l'ús d'aire, canvis de pressió i material d'adsorció. El sistema es configura i el seu funcionament es manté segons calgui amb una gestió del moviment de l'aire. En termes senzills, el Generador de nitrogen PSA és un filtre intel·ligent capaç de "retenir" l'oxigen i permetre que el nitrogen el travessi.

Com els tamisos moleculars de carboni separen l'oxigen i el nitrogen

En el sistema de nitrogen PSA, el "treball" es fa en un material conegut com a tamís molecular de carboni, o simplement CMS. S'assembla a petits grànuls negres, però té molts porus petits dins de cada gra per regular el moviment dels gasos. L'aire consisteix en els elements de nitrogen i oxigen, que tenen propietats lleugerament diferents quan es comprimeixen en espais estrets. Les molècules d'oxigen són una mica més actives i viatgen d'una manera que afavoreixi la seva captura en els porus molt petits del CMS. Les molècules de nitrogen són una mica "relliscoses", però, i poden passar-hi més fàcilment. El llit CMS es pressuritza amb aire comprimit, cosa que també condueix oxigen i nitrogen al llit. Si no es permet que l'oxigen passi pels porus, romandrà dins de l'estructura. Això s'anomena adsorció quan les molècules del gas s'adhereixen a la superfície del material. El gas producte conté nitrogen, que continua fluint a través i sortint del sistema. Una bona imatge a tenir en compte és un "passadís" amb molta gent a dins i una petita porta. L'oxigen és com la gent amb les bosses grans al davant que estan enganxades a la porta; El nitrogen s'assembla més a la gent amb bosses més petites al davant i hi cap perfectament. El sistema no depèn només d'un llit de tamís. Un llit s'utilitza per atrapar l'oxigen i l'altre es ventila per descomprimir l'oxigen atrapat i eliminar-lo. És l'etapa de reinici la que és essencial, ja que permet que el tamís torni a funcionar. Després d'això, s'alterna entre els dos llits. Aquest és el cicle continu que és essencial per mantenir una producció constant de nitrogen. Això podria aparèixer en una instal·lació de tall per làser on es requereix un flux de nitrogen net per evitar que el metall s'oxidi durant l'ús. El CMS elimina l'oxigen abans de l'arribada de l'oxigen a l'equip, cosa que contribueix al manteniment de talls nets. El CMS és tan eficaç no només pel contingut, sinó també perquè funciona sota pressió. Es converteix en una mena de filtre que es reinicia contínuament i produeix nitrogen sense cap interrupció.

Procés de treball complet de l'adsorció per oscil·lació de pressió de doble torre

Un sistema d'adsorció de doble torre amb oscil·lació de pressió està dissenyat per mantenir fluxos continus de nitrogen. Té dues torres que contenen la mateixa quantitat de tamís molecular de carboni, que s'utilitzen alternativament per dur a terme el procés de separació d'aire. El cicle comença quan l'aire comprimit entra a la primera torre. Quan la pressió és alta, a l'interior les molècules d'oxigen s'adhereixen al material del tamís. El nitrogen no queda atrapat tan fàcilment i passa a través de la torre i surt com a gas producte. Aleshores, els rols s'intercanvien després d'un breu període de temps. La primera torre comença a alliberar pressió i comença la regeneració, i la segona torre comença a produir nitrogen. Aquest canvi es controla perquè es produeixi amb un ritme controlat, normalment de l'ordre de segons, i per tant la producció es manté constant. Això es pot il·lustrar com dos empleats amb un horari de torns. Un està en producció i l'altre està descansant, preparant-se per a la següent ronda. S'alternen, de manera que no hi ha cap aturada en la producció.

Introducció a les funcions de cada component del sistema PSA

Un sistema de nitrogen PSA és com una cadena, amb cada enllaç amb la seva pròpia tasca específica. El fet que un component no compleixi la seva funció significa que tot el procés és menys estable. Conèixer aquests components permet apreciar fàcilment la producció de nitrogen quan cal. Normalment, comença amb un mal funcionament del compressor d'aire. Aquesta unitat aspira l'aire normal i el comprimeix a la pressió adequada. Si no es fa aquest pas, l'aire seria massa feble per ser utilitzat en el procés de separació. L'aire comprimit encara està calent i podria ser aigua o pols. Aquí és on entra la secció de tractament de l'aire. Els filtres i assecadors purifiquen l'aire abans de la seva introducció al sistema principal. Aquest procés ajuda a preservar el tamís molecular de carboni i a mantenir l'estabilitat del rendiment al llarg del temps a causa de l'eliminació de la pols i el vapor d'aigua. El següent és el dipòsit del receptor d'aire. Això és similar a un buffer. Elimina qualsevol turbulència en el flux d'aire a la unitat PSA, garantint un flux constant d'aire comprimit. Això ajuda a mantenir la pressió durant el funcionament. A continuació, la part central del sistema són les torres d'adsorció duals carregades amb tamisos moleculars de carboni. Les torres d'adsorció duals que contenen tamisos moleculars de carboni són, doncs, el cor del sistema. Aquestes torres alternen en la separació de l'oxigen del nitrogen. Una torre produeix nitrogen i l'altra es neteja i es reinicia. Aquesta commutació garanteix que la producció no es produeixi interrompre.

Factors clau que afecten la puresa i el cabal del nitrogen

La quantitat de nitrogen pur i la velocitat a la qual surt d'un sistema PSA no són fixes. Variaran segons la configuració i l'ús d'un sistema. Hi ha alguns aspectes importants que juguen un paper important en la puresa del gas N2 i en la quantitat de gas que es pot produir en una quantitat determinada. Un dels factors més importants és la pressió de l'aire. La Equip generador de nitrogen PSA El sistema ha de tenir la quantitat adequada de pressió per garantir que el gas oxigen entri al tamís molecular de carboni. Una pressió insuficient no és beneficiosa per a la separació d'oxigen i també redueix la puresa del nitrogen. Si és massa alta, hi ha la possibilitat que el sistema perdi energia sense produir gaire rendiment. La configuració més comuna és variar la pressió per obtenir l'equilibri correcte. Una altra és la rapidesa amb què es mourà l'aire. S'introdueixen quantitats excessivament grans de gas alhora, cosa que no és suficient per permetre que el tamís funcioni correctament. Això pot fer que es redueixi la qualitat del nitrogen. Però en condicions de baix flux d'aire, es poden produir escassetat de producte i ineficiències. Qualsevol equilibri de puresa i velocitat.