Popoln vodnik po principu delovanja generatorjev dušika PSA

Generator dušika PSA je običajno rešitev za redno oskrbo z dušikom brez potrebe po pogostem nakupu jeklenk. Ločuje dušik in kisik na kraju samem z uporabo običajnega zraka, da po potrebi zadosti potrebam podjetij po varni oskrbi s plinom. To se pogosto uporablja v tovarnah za pakiranje hrane, tovarnah za lasersko rezanje in celo tovarnah elektronike. Podjetja se lahko odločijo za proizvodnjo dušika po naročilu in jim ni treba čakati na njegovo dobavo. To je preprosto, vendar je logika, ki stoji za tem, nekoliko pametna in koristno jo je preučiti korak za korakom.

Osnovna logika ločevanja zraka za proizvodnjo dušika

Ključna ideja generatorja dušika PSA je ločevanje dušika (N2) od drugih plinov v zraku, večinoma kisika. Začne se z navadnim zrakom iz atmosfere. Zrak se stisne ali napolni v manjše območje, kjer je pline lažje nadzorovati in jih je mogoče premikati v sistemu. Zrak se stisne in prehaja skozi edinstveno ogljikovo molekularno sito, da se stisne. Pore tega materiala so zelo majhne in zelo selektivne. Molekule kisika so nekoliko manjše od molekul N₂ in se gibljejo nekoliko drugače, zato jih je lažje ujeti v sito. Molekule dušika pa prehajajo skozi in se premikajo naprej. Običajno delujeta dva od teh rezervoarjev. Drugi rezervoar se očisti in ponovno namesti, rezervoar za kisik pa se zbere. Del postopka, ki se imenuje »nihanje tlaka«, je preklapljanje med obema. Ena stran je pod visokim tlakom, da se plini ločijo, nato pa se tlak zmanjša, da se kisik lahko odstrani iz pasti. Postopek se nato ponovi. S tem preklapljanjem se dušik nenehno pretaka. To je razlog, da lahko industrije zagotovijo, da se bo uporabljal neprekinjeno. Dušik se uporablja v liniji za pakiranje živil za odstranjevanje kisika iz notranjosti zaprtih embalaž, s čimer se podaljša rok uporabnosti prigrizkov in drugih živilskih izdelkov. V delavnicah za lasersko rezanje se dušik uporablja za zaščito pred gorenjem ali oksidacijo kovine, zaradi česar so rezi čistejši. Skrivnost izvedljivosti je v tem, da ni vključenih nobenih zapletenih reakcij in da se ne uporabljajo kemikalije. Zahteva le uporabo zraka, spremembe tlaka in adsorpcijskega materiala. Sistem je konfiguriran in njegovo delovanje se vzdržuje po potrebi z upravljanjem pretoka zraka. Preprosto povedano, Dušikov generator PSA je pametni filter, ki lahko "zadrži" kisik in omogoči prehod dušika.

Kako molekularna sita z ogljikom ločujejo kisik in dušik

V dušikovem sistemu PSA se "delo" opravlja v materialu, znanem kot ogljikovo molekularno sito ali preprosto CMS. Spominja na majhne črne granule, vendar ima v vsakem zrnu veliko majhnih por, ki uravnavajo gibanje plinov. Zrak je sestavljen iz elementov dušika in kisika, ki imata nekoliko drugačne lastnosti, ko sta stisnjena v ozkih prostorih. Molekule kisika so nekoliko bolj aktivne in potujejo na način, ki omogoča njihovo zajemanje v zelo majhnih porah CMS. Molekule dušika pa so nekoliko "spolzke" in lahko lažje prehajajo skozi. Postelja CMS je pod tlakom s stisnjenim zrakom, s čimer se v posteljo vnaša tudi kisik in dušik. Če kisiku ni dovoljeno prehajati skozi pore, bo ostal znotraj strukture. To se imenuje adsorpcija, ko se molekule plina oprimejo površine materiala. Nastali plin vsebuje dušik, ki še naprej teče skozi sistem in izstopa iz njega. Dobra slika, ki si jo je treba predstavljati, je "hodnik" z veliko ljudmi v njem in majhnimi vrati. Kisik je kot ljudje z velikimi vrečami pred seboj, ki so obtičale pri vratih; Dušik je bolj podoben ljudem z manjšimi vrečkami pred seboj in se lepo prilega. Sistem se ne zanaša samo na eno sito. Eno sito se uporablja za lovljenje kisika, drugo pa se odzračuje za razbremenitev ujetega kisika in njegovo odstranitev. Faza ponastavitve je bistvena, saj omogoča, da sito ponovno deluje. Po tem se izmenično uporabljata obe siti. To je neprekinjen cikel, ki je bistven za vzdrževanje stabilne proizvodnje dušika. To se lahko pojavi v obratu za lasersko rezanje, kjer je potreben čist pretok dušika, da se prepreči oksidacija kovine med uporabo. CMS odstrani kisik, preden kisik pride v opremo, kar prispeva k ohranjanju čistih rezalnih robov. CMS je tako učinkovit ne le zaradi vsebine, ampak tudi zato, ker deluje pod tlakom. Postane nekakšen filter, ki se neprekinjeno ponastavlja in proizvaja dušik brez prekinitev.

Celoten delovni proces adsorpcije z dvojnim stolpom in nihanjem tlaka

Sistem adsorpcije z dvojnim stolpom in nihanjem tlaka je zasnovan za vzdrževanje neprekinjenega pretoka dušika. Ima dva stolpa, ki vsebujeta enako količino ogljikovega molekularnega sita, ki se izmenično uporabljata za izvajanje postopka ločevanja zraka. Cikel se začne, ko stisnjen zrak vstopi v prvi stolp. Ko je tlak visok, se molekule kisika v notranjosti sita oprimejo materiala. Dušik se ne ujame tako zlahka in prehaja skozi stolp ter izstopa kot produktni plin. Vlogi se nato po kratkem času zamenjata. Prvi stolp začne sproščati tlak in začne z regeneracijo, drugi stolp pa začne proizvajati dušik. To preklapljanje je nadzorovano tako, da se dogaja v nadzorovanem ritmu, običajno v nekaj sekundah, zato proizvodnja ostane stabilna. To lahko ponazorimo kot dva zaposlena z urnikom izmen. Eden je v proizvodnji, drugi pa počiva in se pripravlja na naslednji krog. Izmenjujeta se, tako da ni prekinitve proizvodnje.

Uvod v funkcije posameznih komponent v sistemu PSA

Sistem dušika PSA je kot veriga, kjer ima vsak člen svojo specifično nalogo. Če ena komponenta ne opravlja svoje funkcije, je celoten proces manj stabilen. Poznavanje teh komponent vam omogoča, da enostavno ocenite proizvodnjo dušika, ko je to potrebno. Običajno se začne z okvaro zračnega kompresorja. Ta enota črpa navaden zrak in ga stisne na ustrezen tlak. Če se ta korak ne izvede, bi bil zrak prešibek za uporabo v procesu ločevanja. Stisnjen zrak je še vedno vroč in bi lahko bil voda ali prah. Tukaj pride na vrsto oddelek za čiščenje zraka. Filtri in sušilniki prečistijo zrak, preden ga vnesejo v glavni sistem. Ta postopek pomaga ohraniti ogljikovo molekularno sito in ohranjati stabilnost delovanja skozi čas zaradi odstranjevanja prahu in vodne pare. Naslednji je rezervoar za zrak. Ta je podoben pufru. Odpravlja morebitne turbulence v pretoku zraka v enoto PSA in zagotavlja enakomeren pretok stisnjenega zraka. To pomaga vzdrževati tlak med delovanjem. Nato je osrednji del sistema dvojni adsorpcijski stolp, napolnjen z ogljikovimi molekularnimi siti. Dvojni adsorpcijski stolpi, ki vsebujejo ogljikova molekularna sita, so nato srce sistema. Ti stolpi izmenično ločujejo kisik od dušika. En stolp proizvaja dušik, drugi pa se čisti in ponastavlja. To preklapljanje zagotavlja nemoteno proizvodnjo.

Ključni dejavniki, ki vplivajo na čistost in pretok dušika

Količina čistega dušika in hitrost, s katero teče iz sistema PSA, nista fiksni. Spreminjata se glede na nastavitev in uporabo sistema. Obstaja nekaj pomembnih vidikov, ki igrajo veliko vlogo pri čistosti plina N2 in koliko plina je mogoče proizvesti v določeni količini. Eden najpomembnejših dejavnikov je zračni tlak. Oprema za generator dušika PSA Sistem mora imeti ustrezno količino tlaka, da se zagotovi, da kisikov plin prehaja v ogljikovo molekularno sito. Premajhen tlak ni koristen za ločevanje kisika in zmanjšuje tudi čistost dušika. Če je previsok, obstaja možnost, da bo sistem izgubljal energijo, ne da bi pri tem proizvedel veliko energije. Najpogostejša nastavitev je spreminjanje tlaka, da se doseže pravilno ravnovesje. Drug vzrok je hitrost gibanja zraka. Naenkrat se vnesejo prevelike količine plina, kar ni dovolj za pravilno delovanje sita. To lahko povzroči zmanjšanje kakovosti dušika. V pogojih nizkega pretoka zraka pa lahko pride do pomanjkanja izdelkov in neučinkovitosti. Vsako ravnovesje med čistostjo in hitrostjo.