Historien om PSA oksygengenerator

Pressure swing adsorption (PSA) er ikke en ny prosess og, som de fleste gode oppfinnelser, med etterpåklokskapens fordel fremstår prinsippet som åpenbart. Som i alle adsorpsjonsseparasjonsprosesser er det essensielle kravet 1 en adsorbent som fortrinnsvis adsorberer en komponent (eller en familie av relaterte komponenter) fra et blandet fôr. Denne selektiviteten kan avhenge av en forskjell i adsorpsjonslikevekt eller av en forskjell i imsorpsjonshastigheter (kintisk selektivitet). I visse tilfeller kan forskjellen i hastigheter være så stor at de langsommere diffuserende arter faktisk totalt utelukkes fra adsorbenten (størrelseselektiv sikting), og i denne situasjonen kan en meget effektiv separasjon åpenbart oppnås.

Alle adsorpsjonsseparasjonsprosesser involverer to hovedtrinn:

(1) adsorp-ton, i løpet av hvilket de fortrinnsvis adsorberte flekkene plukkes ut fra foret;
(2) regenerering eller desorpsjon, hvor disse artene fjernes fra adsorbenten, og dermed "regenererer" adsorbenten for bruk i neste syklus. nyttige produkter fra adsorpsjons- eller regenereringstrinnene eller fra begge trinnene. Avløpet under adsorptontrinnet er renset rafinatprodukt som de fortrinnsvis adsorberte sDecies er fjernet fra. Desorbatet som gjenvinnes under regenereringstrinnet inneholder de sterkere adsorberte spesifikasjonene m konsentrert form (i forhold til fôret) og kalles noen ganger "trekk ut" produkt.

Det essensielle trekk ved en PSA-prosess ER at under regenereringstrinnet fjernes de fortrinnsvis adsorberte artene ved å redusere det totale trykket, i stedet for ved å øke temperaturen eller rense med en fortrengning

Konseptet med en PSA-prosess.(a)Chinge m quilibrum loading with prcsure.(h)idkalisert skisse som viser mellomledd ol adsorheu phse cnceiration profilec for de nore sterkt adsorberte artene i en enkel to-bed PSA prosess.

middel (selv om et lavtrykksrensetrinn vanligvis er inkludert i syklusen) Prosessen opererer under tilnærmet isotermiske forhold slik at den nyttige kapasiteten er forskjellen i belastning mellom to punkter, svarende til mate- og regenkeringstrykket, på samme isoterm[ Figur 1.1(a)l.Figur 1.1(b) viser skjematisk bevegelsen av konsentrasjonsprofilene under høytrykksmate- og lavtrykksregenereringstrinnene. Matingstrinnet avsluttes normalt før den sterkere adsorberte komponenten bryter gjennom sjiktet, mens regenereringstrinnet vanligvis avsluttes før sjiktet er fullstendig desorbert. Ved syklisk stabil tilstand svinger derfor profilen rundt en gjennomsnittlig stilling i sjiktet

 

Psa oksygengassgenerator

Psa Medical Oxygen Generator

PSA Medical Oxygen Plant

En stor fordel med PSA, i forhold til andre typer adsorpsjonsprosesser som termisk svingning, er at trykket kan endres mye raskere enn temperaturen, noe som gjør det mulig å drive en PSA-prosess på en mye raskere syklus, og dermed øke gjennomgående per enhet av adsorberende sjiktvolum. Den største begrensningen er at PSA-prosesser er begrenset til komponenter som ikke er for sterkt adsorbert. Hvis den fortrinnsvis adsorberte arten er for sterkt adsorbert, kreves det et uøkonomisk høyt vakuum for å bevirke desorpsjon under regenereringen trinn. For svært sterkt adsorberte komponenter er termisk swing generelt det foretrukne alternativet siden en beskjeden temperaturendring generelt gir en relativt stor endring i gass-faststoff-adsorpsjonscauilibrum-konstanten.

PSA-prosesser er ikke mer komplekse enn de fleste av de mer konvensjonelle separasjonsprosessene, men de er forskjellige i en essensiell funksjon: PTOCess opererer under transente forhold, mens de fleste prosesser som absorpsjon, ekstraksjon og distisjon opererer under stabile forhold.

Som et resultat er både det konseptuelle rammeverket og designprosedyrene ganske forskjellige. Denne forskjellen kan best forklares i matematiske termer. En steady-state prosess kan beskrives matematisk ved hjelp av en vanlig differensialligning (eller et sett med vanlige differensialligninger), og for å oppnå forholdet mellom driftsvariablene og prosessytelsen, trenger du bare integrering av dette settet med ligninger. Derimot er en forbigående prosess beskrevet av en rekke partielle differensialligninger, og dette krever en mer kompleks løsningsprosedyre. Som et resultat er forholdet mellom prosessytelsen og de operasjonelle variablene generelt mindre åpenbart. Prosedyrer eller utforming og skalering av PSA-enheter er for det meste tilgjengelige i den åpne litteraturen. De har imidlertid ennå ikke blitt generelt akseptert som en del av den normale pensum for kjemisk ingeniørfag, og som et resultat hersker det en viss mystikk. .

Til tross for tidlig oppstart var det egentlig først på 1980-tallet at PSA-prosesser fikk bred kommersiell aksept. Dette er illustrert i figur 1.2, som viser et plott over det årlige antallet publikasjoner og amerikanske patenter knyttet til PSA-prosesser mot året. Årsakene til hans uvanlig lange forsinkelse mellom oppfinnelsen og kommersialiseringen av slike prosesser er ikke helt klare, men det virker sannsynlig at motstanden av forankrede interesser i den kryogene gassindustrien og mangelen på kjennskap til de underliggende prinsippene blant praktiserende ingeniører sannsynligvis var betydelig. faktorer. I løpet av 1970-årene ble interessen for alternative separasjonsdrosser stimulert av eskaleringen av energikostnadene knyttet til den stigende prisen på råolje. Selv om energikostnadene falt i løpet av 1980-tallet, var drivkraften til å undersøke alternative prosesser og tilpasse teknologien til produktspesifikasjonene har fortsatt.