Повний посібник з принципу роботи генераторів азоту PSA

Генератор азоту PSA зазвичай є рішенням для регулярного постачання азоту без необхідності частого придбання балонів. Він розділяє азот і кисень на місці, використовуючи звичайне повітря, щоб задовольнити потреби підприємств у безпечному постачанні газу за необхідності. Це часто застосовується на фабриках харчової упаковки, заводах лазерного різання і навіть на заводах електроніки. Компанії можуть виробляти азот на вимогу і не чекати на його доставку. Це просто, але логіка, що стоїть за цим, дещо хитромудра, і може бути корисним розглянути це крок за кроком.

Основна логіка розділення повітря для виробництва азоту

Ключова ідея генератора азоту PSA полягає в можливості відокремлювати азот (N2) від інших газів у повітрі, здебільшого кисню. Все починається зі звичайного повітря з атмосфери. Повітря стискається або заповнюється в меншу область, де гази легше контролювати та переміщувати в системі. Повітря стискається та проходить через унікальне вуглецеве молекулярне сито для його стиснення. Пори цього матеріалу дуже малі та мають високу селективність. Молекули кисню трохи менші за молекули N₂ і рухаються дещо іншим чином, тому їх легше затримувати в ситі. Однак молекули азоту проходять крізь нього та рухаються далі. Зазвичай працюють два таких резервуари. Інший резервуар очищається та скидається, а кисневий резервуар збирається. Частина процесу, що називається «перепадом тиску», полягає в перемиканні між ними. Одна сторона знаходиться під високим тиском для розділення газів, а потім тиск знижується, щоб кисень можна було видалити з пастки. Потім процес повторюється. Завдяки такому перемиканню азот постійно подається. Це причина, чому промисловість може забезпечити його безперервне використання. Азот використовується на лінії пакування харчових продуктів для видалення кисню зсередини герметичних упаковок, що збільшує термін придатності закусок та інших харчових продуктів. У цехах лазерного різання азот використовується для захисту від горіння або окислення металу, що робить розрізи чистішими. Секрет життєздатності полягає в тому, що не відбувається жодних складних реакцій та не використовуються хімічні речовини. Потрібне лише використання повітря, зміни тиску та адсорбційного матеріалу. Система налаштовується, а її робота підтримується за потреби за допомогою керування рухом повітря. Простими словами, Генератор азоту PSA – це розумний фільтр, здатний «затримувати» кисень і пропускати азот.

Як вуглецеві молекулярні сита розділяють кисень та азот

У системі азоту PSA «робота» виконується в матеріалі, відомому як вуглецеве молекулярне сито, або просто CMS. Він нагадує маленькі чорні гранули, але має багато маленьких пор всередині кожної зернини для регулювання руху газів. Повітря складається з елементів азоту та кисню, які мають дещо інші властивості при стисканні у вузьких просторах. Молекули кисню трохи активніші, і вони рухаються таким чином, що сприяє їх захопленню в дуже маленьких порах CMS. Однак молекули азоту трохи «слизькі» і можуть легше проходити крізь них. Шар CMS знаходиться під тиском стисненого повітря, тим самим проштовхуючи кисень і азот також у шар. Якщо кисню не дозволити пройти через пори, він залишиться всередині структури. Це називається адсорбцією, коли молекули газу прилипають до поверхні матеріалу. Газ, що утворюється, містить азот, який продовжує проходити через систему та виходити з неї. Гарна картина, яку варто мати на увазі, - це «коридор» з багатьма людьми та невеликим дверним отвором. Кисень схожий на людей з великими мішками перед собою, які застрягли біля дверей; Азот більше схожий на людей з меншими мішками перед собою, і він чудово вписується. Система не залежить лише від одного ситового шару. Один шар використовується для уловлювання кисню, а інший вентилюється для декомпресії захопленого кисню та його видалення. Саме етап скидання є важливим, оскільки він дозволяє ситу знову функціонувати. Після цього воно чергується між двома шарами. Це безперервний цикл, необхідний для підтримки стабільного виробництва азоту. Це може виникнути на установці лазерного різання, де потрібен чистий потік азоту, щоб запобігти окисленню металу під час використання. CMS видаляє кисень до надходження кисню до обладнання, що сприяє підтримці чистих ріжучих кромок. CMS настільки ефективний не тільки для вмісту, але й тому, що працює під тиском. Він стає своєрідним фільтром, який безперервно скидається та виробляє азот без будь-яких перерв.

Повний робочий процес адсорбції під тиском з подвійною баштою

Система адсорбції з подвійною баштою та перепадом тиску призначена для підтримки безперервного потоку азоту. Вона має дві башти, що містять однакову кількість вуглецевого молекулярного сита, які по черзі використовуються для виконання процесу розділення повітря. Цикл починається, коли стиснене повітря потрапляє в першу башту. Коли тиск високий, молекули кисню всередині прилипають до матеріалу сита. Азот не так легко захоплюється, і він проходить через башту та виходить у вигляді продуктового газу. Потім ролі змінюються через короткий проміжок часу. Перша башта починає скидати тиск і починає регенерацію, а друга башта починає виробляти азот. Це перемикання відбувається з контрольованим ритмом, зазвичай близько секунд, і таким чином вихід залишається стабільним. Це можна проілюструвати як два працівники з графіком змін. Один працює у виробництві, а інший відпочиває, готуючись до наступного раунду. Вони чергуються, тому немає зупинки у виробництві.

Вступ до функцій кожного компонента системи PSA

Азотна система PSA подібна до ланцюга, кожна ланка якого має своє специфічне завдання. Відмова одного компонента виконувати свою функцію означає, що весь процес менш стабільний. Знання цих компонентів дозволяє легко оцінити виробництво азоту, коли це необхідно. Зазвичай все починається з несправності повітряного компресора. Цей пристрій забирає звичайне повітря та стискає його до відповідного тиску. Якщо цей крок не зробити, повітря буде занадто слабким для використання в процесі розділення. Стиснене повітря все ще гаряче і може містити воду або пил. Саме тут на допомогу приходить секція очищення повітря. Фільтри та осушувачі очищують повітря перед його подачею в основну систему. Цей процес допомагає зберегти вуглецеве молекулярне сито та підтримувати стабільність продуктивності з часом завдяки видаленню пилу та водяної пари. Наступним є резервуар повітряного приймача. Він схожий на буфер. Він усуває будь-яку турбулентність у потоці повітря в блок PSA, забезпечуючи стабільний потік стисненого повітря. Це допомагає підтримувати тиск під час роботи. Далі, основною частиною системи є подвійні адсорбційні вежі, завантажені вуглецевими молекулярними ситами. Подвійні адсорбційні вежі, що містять вуглецеві молекулярні сита, є серцем системи. Ці вежі чергуються у відділенні кисню від азоту. Одна вежа виробляє азот, а інша очищується та перезавантажується. Таке перемикання забезпечує безперебійне виробництво.

Ключові фактори, що впливають на чистоту азоту та швидкість потоку

Кількість чистого азоту та швидкість, з якою він витікає із системи PSA, не є фіксованими. Вони змінюватимуться залежно від налаштувань та використання системи. Існує кілька важливих аспектів, які відіграють велику роль у чистоті газоподібного N2 та в тому, скільки газу можна виробити в певній кількості. Одним з найважливіших факторів є тиск повітря. Обладнання для генератора азоту PSA Система повинна мати належний тиск, щоб забезпечити потрапляння газоподібного кисню у вуглецеве молекулярне сито. Недостатній тиск не сприяє розділенню кисню, а також знижує чистоту азоту. Якщо він занадто високий, існує ймовірність того, що система втратить енергію, не виробляючи великої кількості енергії. Найпоширенішим способом є зміна тиску для досягнення правильного балансу. Іншим фактором є швидкість руху повітря. Одночасно вводиться надмірно велика кількість газу, чого недостатньо для правильної роботи сита. Це може призвести до зниження якості азоту. Але в умовах низького потоку повітря може виникнути дефіцит продукції та неефективність. Будь-який баланс чистоти та швидкості.