Příběh generátoru kyslíku PSA

Adsorpce při kolísání tlaku (PSA) není nový proces a jako většina dobrých vynálezů se s výhodou zpětného pohledu zdá princip zřejmý. Jako ve všech procesech adsorpční separace je základním požadavkem adsorpční ohyb, který přednostně adsorbuje jednu složku (nebo jednu skupinu příbuzných složek) ze smíšeného krmiva. Tato selektivita může záviset na rozdílu v adsorpční rovnováze nebo na rozdílu v rychlostech imorpce (kinktická selektivita). V určitých případech může být rozdíl v rychlostech tak velký, že pomaleji difundující částice jsou ve skutečnosti zcela vyloučeny z adsorbentu (velikostně selektivní prosévání) a v této situaci lze samozřejmě dosáhnout velmi účinné separace.

Všechny adsorpční separační procesy zahrnují dva základní kroky:

(1) adsorp-tton, během které jsou přednostně adsorbované částice vytrhávány z krmiva;
(2) regenerace nebo desorpce, během které jsou tyto částice odstraněny z adsorbentu, čímž se adsorbent "regeneruje" pro použití v dalším cyklu. užitečné produkty buď z adsorpčních nebo regeneračních kroků nebo z obou kroků. Výtokem během adsorptonového kroku je čištěný rafinátový produkt, ze kterého byly odstraněny přednostně adsorbované sDecies. Desorbát, který se získá během regeneračního kroku, obsahuje silněji adsorbované druhy v koncentrované formě (vzhledem ke krmivu) a někdy se nazývá „výtažkový“ produkt.

Základním rysem procesu PSA je, že během regeneračního kroku jsou přednostně adsorbované částice odstraněny snížením celkového tlaku, spíše než zvýšením teploty nebo propláchnutím vytěsněním.

Koncepce procesu PSA.(a)Chinge m kquilibrum loading with prcsure.(h)idcalized skice ukazující mtwement ol adsorbční fáze cceiration profiluc pro nore silně udsorbované spccies ve vzorovém dvouvrstvém PSA procesu.

činidlo (ačkoli je v cyklu běžně zahrnut nízkotlaký krok čištění) Proces funguje za přibližně izotermických podmínek, takže užitečná kapacita je rozdíl v zatížení mezi dvěma body, což odpovídá tlaku přiváděného a regeneračního tlaku, na stejné izotermě[ Obrázek 1.1(a)l. Obrázek 1.1(b) schematicky znázorňuje pohyb koncentračních profilů během vysokotlakého plnění a nízkotlakých regeneračních kroků. Krok přívodu je normálně ukončen dříve, než silněji adsorbovaná složka prorazí ložem, zatímco regenerační krok je obecně ukončen před úplnou desorbcí lože. V cyklickém ustáleném stavu proto profil osciluje kolem střední polohy v loži

 

Plynový generátor Psa

Generátor lékařského kyslíku Psa

PSA Medical Oxygen Plant

Hlavní výhodou PSA, oproti jiným typům adsorpčních procesů, jako je teplotní výkyv, je to, že tlak se může měnit mnohem rychleji než teplota, což umožňuje provozovat proces PSA v mnohem rychlejším cyklu, čímž se zvyšuje na jednotku objemu adsorpčního lože. Hlavním omezením je, že procesy PSA jsou omezeny na složky, které nejsou příliš silně adsorbovány. Pokud je preferovaný adsorbovaný druh příliš silně adsorbován, je k desorpci během regenerace zapotřebí neekonomicky vysoký vakuum. Pro velmi silně adsorbované složky je tedy obecně preferovanou možností thermai swing, protože mírná změna teploty obecně vyvolává relativně velkou změnu konstanty cauilibrum adsorpce plyn-pevná látka.

Procesy PSA nejsou o nic složitější než většina konvenčnějších separačních procesů, ale liší se v jedné podstatné vlastnosti: PTOCess funguje za transentních podmínek, zatímco většina procesů, jako je absorpce, extrakce a destitace, funguje za podmínek ustáleného stavu.

Výsledkem je, že jak koncepční rámec, tak postupy návrhu jsou zcela odlišné. Tento rozdíl lze nejlépe vysvětlit matematicky. Ustálený proces lze matematicky popsat běžnou diferenciální euací (nebo sadou obyčejných diferenciálních rovnic) a získat vztah mezi provozními proměnnými a výkonností procesu vyžaduje pouze integrace této sady rovnic. Naproti tomu přechodný proces je popsán pomocí sct parciálních diferenciálních rovnic a to vyžaduje složitější postup řešení. V důsledku toho je vztah mezi výkonností procesu a provozními proměnnými obecně méně zřejmý. Postupy nebo design a skalcup PSA unt jsou z velké části dostupné v otevřené literatuře. Dosud však nebyly obecně akceptovány jako součást normálního učebního plánu chemického inženýrství, a v důsledku toho přetrvává jistý nádech tajemství. .

Od počátku svého vzniku to bylo skutečně teprve během 80. let, kdy procesy PSA získaly široké komerční přijetí. To je znázorněno na obrázku 1.2, který ukazuje graf ročních počtů publikací a amerických patentů týkajících se procesů PSA v porovnání s rokem. Důvody jeho neobvykle dlouhé prodlevy mezi vynálezem a komerralizací takových procesů nejsou zcela jasné, ale zdá se pravděpodobné, že opozice zakořeněných zájmů v průmyslu kryogenního plynu a nedostatek obeznámenosti se základními principy mezi praktikujícími inženýry byly pravděpodobně významné. faktory. Během 70. let byl zájem o alternativní separaci Dro-cesses podnícen eskalací energetických nákladů souvisejících s rostoucí cenou ropy. Přestože náklady na energii během 80. let klesly, podnět k prozkoumání alternativních procesů a přizpůsobení technologie specifikacím produktu pokračuje.