Історія генератора кисню PSA

Адсорбція зі змінним тиском (PSA) не є новим процесом, і, як і більшість хороших винаходів, з перевагою заднього огляду принцип виглядає очевидним. Як і в усіх процесах адсорбційного розділення, основною вимогою є наявність адсорбенту, який переважно адсорбує один компонент (або одну групу споріднених компонентів) із змішаного корму. Ця селективність може залежати від різниці в рівновазі адсорбції або від різниці швидкостей імсорбції (кінктична селективність). У певних випадках різниця у швидкостях може бути настільки великою, що повільніше дифузні види IsS фактично повністю виключаються з адсорбенту (просіювання за розміром), і в цій ситуації очевидно може бути досягнуто дуже ефективне розділення.

Усі процеси адсорбційного розділення включають два основні етапи:

(1) адсорбція, під час якої переважно адсорбовані частинки витягуються з корму;
(2) регенерація або десорбція, під час якої ці види видаляються з адсорбенту, таким чином «регенеруючи» адсорбент для використання в наступному циклі. корисні продукти зі стадій адсорбції або регенерації або з обох стадій. Потік, що витікає під час стадії адсорбції, є очищеним продуктом рафінату, з якого були видалені переважно адсорбовані sDecies. Десорбат, який відновлюється під час стадії регенерації, містить більш сильно адсорбовані компоненти в концентрованій формі (відносно сировини) і іноді називається продукт «екстракт».

Суттєвою особливістю процесу PSA є те, що під час стадії регенерації переважно адсорбовані види видаляються шляхом зниження загального тиску, а не шляхом підвищення температури або очищення за допомогою витіснення.

Концепція процесу PSA. (a) Змінити рівноважне навантаження за допомогою параметра. (h) Калілізований ескіз, що показує mtwement ol adsorheu phse cneiration profilec для будь-яких сильно неадсорбованих частинок у простому двошаровому процесі PSA.

агент (хоча стадія продувки при низькому тиску зазвичай включається в цикл) Процес працює приблизно в ізотермічних умовах, так що корисна ємність є різницею в завантаженні між двома точками, що відповідають тиску подачі та регенерації, на одній ізотермі [ Рисунок 1.1(a)l. На малюнку 1.1(b) схематично показано рух профілів концентрації під час етапів подачі під високим тиском і під час регенерації під низьким тиском. Етап подачі зазвичай завершується до того, як більш сильно адсорбований компонент проривається через шар, в той час як стадія регенерації, як правило, завершується до того, як шар повністю десорбується. У циклічному стаціонарному стані профіль коливається навколо середнього положення в шарі

 

Генератор кисню Psa

Медичний генератор кисню Psa

Завод медичного кисню PSA

Основна перевага PSA порівняно з іншими типами процесів адсорбції, такими як термічне коливання, полягає в тому, що тиск можна змінювати набагато швидше, ніж температура, що робить можливим процес PSA за набагато швидшого циклу, тим самим збільшуючи на одиницю об’єму шару адсорбенту. Основним обмеженням є те, що процеси PSA обмежені компонентами, які адсорбуються не надто сильно. Якщо переважно адсорбовані види адсорбуються надто сильно, для здійснення десорбції під час регенерації потрібен неекономічно високий вакуум. крок. Таким чином, для дуже сильно адсорбованих компонентів теплове коливання зазвичай є кращим варіантом, оскільки помірна зміна температури створює, загалом, відносно велику зміну сталої калібра адсорбції газ-тверда речовина.

Процеси PSA не складніші, ніж більшість звичайних процесів розділення, але вони відрізняються однією важливою особливістю: PTOCess працює в тимчасових умовах, тоді як більшість процесів, таких як абсорбція, екстракція та дистиляція, працюють у стаціонарних умовах.

Як наслідок, як концептуальна основа, так і процедури проектування досить різні. Цю різницю найкраще можна пояснити математичними термінами. Стаціонарний процес можна описати математично за допомогою звичайного диференціального рівняння (або набору звичайних диференціальних рівнянь), і щоб отримати зв’язок між робочими змінними та продуктивністю процесу, потрібно лише інтеграція цього набору рівнянь. На відміну від цього, перехідний процес описується системою диференціальних рівнянь у частинних похідних, і це вимагає більш складної процедури вирішення. У результаті зв’язок між продуктивністю процесу та робочими змінними, як правило, менш очевидний. Процедури або дизайн і скалькуп одиниць PSA здебільшого доступні у відкритій літературі. Однак вони ще не були загальноприйнятими як частина звичайної навчальної програми з хімічної інженерії, і, як наслідок, зберігається деяка таємничість. .

Незважаючи на ранній початок, лише у 1980-х роках процеси PSA отримали широке комерційне визнання. Це показано на малюнку 1.2, який показує графік щорічної кількості публікацій і патентів США, що стосуються процесів PSA, за рік. Причини його надзвичайно тривалої затримки між винаходом і комерціалізацією таких процесів не зовсім зрозумілі, але ймовірно, що протистояння вкорінених інтересів у промисловості кріогенного газу та відсутність знайомства з основними принципами серед інженерів-практиків, ймовірно, були значними. фактори. Протягом 1970-х років інтерес до альтернативних процесів сепарації був стимульований ескалацією витрат на енергію, пов’язаних зі зростанням цін на сиру нафту. Хоча витрати на енергію впали протягом 1980-х років, поштовх до вивчення альтернативних процесів і узгодження технології з характеристиками продукту має продовження.