Как работает генератор азота PSA?

Многие заводы подписывают долгосрочные-контракты на поставку азота, а затем тратят половину своего бюджета на техническое обслуживание, соблюдая графики поставок и обслуживания баллонов. Генератор азота PSA меняет это уравнение: он извлекает азот прямо из воздуха на-объекте той чистоты, которая действительно необходима для процесса. Технология, лежащая в основе этого, становится элегантной, если вы увидите механизм. Вот как работает адсорбция при переменном давлении, шаг за шагом -, от участвующих молекул до выбора размера, эксплуатации и обслуживания устройства, которое никогда не опаздывает.

Что такое генератор азота PSA?

Генератор азота PSA — это оборудование, в котором используется технология адсорбции при переменном давлении (PSA) для отделения кислорода, влаги и других примесей из сжатого воздуха, тем самым непрерывно производя азот.

Воздух в атмосфере содержит около 78% азота, 21% кислорода и небольшое количество аргона, углекислого газа и других газов. Генерация азота PSA не предполагает криогенного сжижения воздуха; вместо этого он использует различия в адсорбционной способности различных газов на конкретных адсорбентах для разделения азота-кислорода.

В настоящее время генераторы азота PSA широко используются в упаковке пищевых продуктов, производстве электроники, термообработке металлов, химической промышленности, нефти и газа, фармацевтике, лазерной резке и лабораторных применениях.

По сравнению с покупкой азота в баллонах или жидкого азота важной особенностью производства азота PSA является то, что он позволяет производить азот на-объекте, именно там, где он необходим. Пользователям необходимо только подавать сжатый воздух, соответствующий требуемым характеристикам, электричество и подходящую среду установки для непрерывного получения азота в соответствии с фактической потребностью.

В чем разница между генератором азота PSA и стандартной системой сжатого воздуха?

Воздушный компрессор в первую очередь отвечает за подачу сжатого воздуха при определенном давлении и скорости потока, тогда как генератор азота PSA идет еще дальше, используя молекулярное сито для избирательной адсорбции компонентов из сжатого воздуха, тем самым отделяя азот от кислорода.

Таким образом, полная система производства азота-на объекте обычно состоит из:

Воздушный компрессор → Система подготовки воздуха → Основной блок генерации азота КЦА → Резервуар для хранения азота → Точки использования азота

Как работает генератор азота PSA?

Основной принцип генератора азота PSA заключается в том, чтоАдсорбент имеет разную адсорбционную способность по кислороду при разных условиях давления..

При определенном давлении углеродные молекулярные сита (УМС) обладают сильной адсорбционной способностью по отношению к кислороду, углекислому газу, водяному пару и другим компонентам, тогда как азот адсорбируется в относительно меньшей степени. Таким образом, когда сжатый воздух поступает в адсорбционную колонну, заполненную углеродными молекулярными ситами, такие компоненты, как кислород, адсорбируются, в то время как азот преимущественно проходит через слой адсорбции и выводится в виде газообразного продукта.

Впоследствии давление в адсорбционной башне снижается, в результате чего адсорбированный кислород и другие примеси высвобождаются и удаляются, тем самым восстанавливая адсорбционную способность углеродного молекулярного сита. Этот процесс называется регенерацией.

Для производства азота PSA обычно используются две или более адсорбционные колонны, работающие в чередующемся цикле:

1. Повышение давления для адсорбции
2. Генерация азота
3. Разгерметизация для десорбции
4. Регенерация адсорбента
5. Выравнивание и восстановление давления
6. Переход на следующую адсорбционную башню

Благодаря такому периодическому переключению генератор азота PSA может непрерывно вырабатывать азот.

Ключевые компоненты генератора азота PSA

Полный пакет PSA – это больше, чем просто сама генераторная башня. Вот части, которые заставляют его работать:

• Подготовка подаваемого-воздуха- a рефрижераторный осушитель воздухаосуществляет массовое обезвоживание с последующимпрецизионные фильтрыи частоосушитель воздухапопадание влаги и масла ограничивает потребности сита.
• Адсорбционные сосуды- две (или более) башни, заполненные углеродными молекулярными ситами, улавливающими кислород под давлением.
• Регулирующие клапаны- автоматические переключающие клапаны меняют направление потока воздуха между кроватями по таймеру.
• Ресивер бак- выравнивает спрос, поэтому на линии сохраняется стабильное предложение.
• Система управления- контролирует чистоту и время цикла, позволяя операторам устанавливать выходные данные.

Каждый компонент имеет значение, но CMS — это сердце. Защитите его чистым сухим подаваемым воздухом, и он сможет отделяться годами.

Подробное объяснение процесса получения азота PSA

Установка PSA управляет двумя идентичными сосудами в противоположных фазах, так что, пока один слой отделяется, другой регенерирует. Большинство систем следуют тому же четырехшаговому ритму, который нравится специалистам по производству газа-.Карта Генеронавнеза полный цикл.

Шаг 1: Адсорбция

Чистый сухой сжатый воздух под давлением примерно от 4 до 13 бар поступает в резервуар А. Кислород улавливается порами CMS, а азот вытекает в виде продукта либо прямо в процесс, либо в приемный резервуар для сглаживания потребности.

Шаг 2: Выравнивание давления

Перед переключением система уравновешивает давление между двумя сосудами. Это восстанавливает энергию давления и подготавливает резервуар B к началу производства, поэтому переключатель требует меньше затрат на сжатый воздух.

Шаг 3: Регенерация

Сосуд Б, насыщенный кислородом, разгерметизирован. Когда давление падает, CMS теряет свою хватку и кислород десорбируется. Небольшая продувка азотом продукта вытесняет высвободившийся кислород через глушитель. Как только слой станет чистым, он снова готов к адсорбции.

Шаг 4: Переключение

Клапаны меняются: сосуд B начинает адсорбцию, а сосуд A регенерирует. Две башни меняются ролями с интервалом в несколько минут, поэтому устройство может обслуживать линию круглосуточно.

On Site Gas Systems описывает ту же идею простыми словами:два наполняемых сосуда чередуются между адсорбцией и регенерацией, поэтому всегда есть кровать производства.

Как PSA отделяет азот от кислорода?

Разделение сводится к избирательной адсорбции на поверхности углерода. Это не фильтр, механически блокирующий кислород. Каждая молекула кислорода попадает в микроскопические поры сита, где она удерживается поверхностными силами; азот, будучи немного крупнее, не может проникнуть внутрь и продолжает двигаться дальше.

Именно эта селективность позволяет порам заполняться кислородом за считанные секунды, и именно это позволяет сократить время цикла, что делает эту технологию практичной. Думайте об этом как о молекулярной двери, которая открывается для кислорода и не пропускает азот.

Ключевой вывод:PSA отделяет азот, улавливая более мелкие молекулы кислорода в микропористом углеродном сите, позволяя более крупным молекулам азота проходить через него в качестве продукта.

Какого уровня чистоты могут достичь генераторы азота PSA?

Генераторы азота PSA могут поставлять азот различной степени чистоты для удовлетворения различных требований применения.

В обычных промышленных приложениях обычно используется азот с чистотой примерно отот 95% до 99,9%, хотя оптимизированные системы PSA могут достичь более высоких уровней. Для применений, требующих чрезвычайно высокой чистоты, может потребоваться выбор другой технологии получения азота или установка оборудования для последующей-очистки в соответствии с конкретными спецификациями.

Важно отметить следующее:

Более высокая чистота азота не обязательно означает более качественное оборудование; скорее, это обычно означает, что для производства данного объема азота требуется большее количество сжатого воздуха.

Например, повышение чистоты с 99 % до 99,999 %-, которое влечет за собой резкое снижение допустимого содержания кислорода-, может потребовать более высокого потребления воздуха, более сложного управления циклом и увеличения мощности оборудования.

Поэтому при выборе оборудования следует отдавать приоритет фактическим потребностям в использовании газа, а не слепо стремиться к максимально возможной чистоте.

Различные приложения предъявляют разные требования к чистоте азота.

Соответствиечистота азотапроцессу является реальным оперативным решением. Чрезмерное-определение позволяет приобрести дорогостоящую чистоту, которую никто не использует; при-указании рисков качества продукции.

Преимущества использования генераторов азота PSA

1.-Выработка азота на объекте

Одним из основных преимуществ технологии PSA является возможность генерировать азот непосредственно в месте использования, тем самым снижая зависимость от внешних поставок азота.

2. Снижение долгосрочных-затрат на поставку.

Для предприятий с высоким-долгосрочным потреблением азота собственная-система производства азота позволяет исключить затраты, связанные с транспортировкой, распределением и хранением баллонного газа или жидкого азота.

3. Стабильное газоснабжение

При эксплуатации в соответствии с проектными спецификациями оборудование обеспечивает непрерывную подачу азота, а буферные резервуары для газа сглаживают колебания спроса.

4. Регулируемая чистота азота.

Целевые уровни чистоты можно настроить для конкретных применений, регулируя конструкцию оборудования, количество молекулярных сит, параметры цикла и скорость воздушного потока.

5. Высокий уровень автоматизации.

Современные системы производства азота PSA обычно автоматизируют такие функции, как переключение адсорбционной колонны, контроль давления, мониторинг чистоты и сигнализацию о неисправностях.

6. Криогенная сепарация не требуется.

В отличие от крупномасштабных-криогенных систем разделения воздуха, установки PSA обычно работают при температурах, близких к-окружающим; в результате получается более простая структура системы, которая лучше подходит для небольших---средних-производств и требований к азоту на-площадке.

7. Производство по-требованию

Предприятия могут активировать оборудование в соответствии с фактическими производственными потребностями, что снижает необходимость в долгосрочном-хранении больших количеств жидкого азота или баллонного газа.

Сравнение генераторов азота PSA с другими методами подачи азота

PSA на площадке-является одним из трех распространенных путей подачи, и вопрос о мембранном или генераторе азота PSA является первым, который решает большинство растений. Выбор обычно сводится к требуемой чистоте, текучести и желанию ли вы владеть производством.

A мембранный генератор азотаболее рыхлый: он обеспечивает чистоту от 95% до 99,5% в компактной упаковке, которая подходит для инертизации более низкого-класса, но не может достичь уровня высокой-чистоты. Бутилированный или жидкий азот достигает любой чистоты, но прибывает на грузовике, что сопряжено с рисками ценообразования, логистики и обращения. Для высокой-чистоты и переменной-пропускной способности обычно выигрывает PSA.

Общие применения генераторов азота PSA

Генераторы PSA зарабатывают себе на жизнь в отраслях, где нужен чистый, незагрязненный азот:

• Производство электроники- Процессы, чувствительные к влаге- и кислороду-, при высокой чистоте.
• Еда и напитки- упаковка с модифицированной-атмосферой, продлевающая срок хранения.
• Фармацевтика- накрытие и обращение с материалами,-чувствительными к кислороду.
• Металлообработка- лазерная резка и термообработка-обработка, требующая инертной защиты.
• Химия и пластмассы- Защитная пленка резервуара, его продувка и проверка на герметичность.
• Пожаротушение- инертная атмосфера ниже порога воспламеняемости.

Схема одинакова: везде, где доставка азота становится постоянным расходом, установка PSA на объекте начинает окупаться.

Какие факторы влияют на производительность генератора азота PSA?

Фактическая производительность генератора азота PSA зависит не только от «производительности азота», указанной на паспортной табличке оборудования. Особенно важны следующие факторы:

1. Чистота азота

Более высокие уровни чистоты обычно требуют большего потребления сжатого воздуха. Следовательно, расчетная скорость потока оборудования должна соответствовать заданной чистоте.

2. Качество подаваемого воздуха

Масло, вода и твердые частицы могут ухудшить работу углеродного молекулярного сита.

Высококачественная-система предварительной обработки воздуха имеет решающее значение для обеспечения стабильной и долгосрочной-работы.

3. Давление воздуха на входе

Адсорбционная способность системы PSA тесно связана с рабочим давлением. Недостаточное давление может привести к снижению мощности генерации азота и снижению чистоты.

4. Температура воздуха на входе

Колебания температуры влияют на эффективность адсорбции; поэтому необходимо контролировать температуру сжатого воздуха, поступающего в адсорбционные колонны.

5. Состояние углеродного молекулярного сита

Старение сит, загрязнение, измельчение или неправильная упаковка могут привести к снижению чистоты азота продукта и увеличению потребления воздуха.

6. Время цикла

Такие этапы, как адсорбция, регенерация и выравнивание давления, должны быть должным образом скоординированы. Неправильное время цикла может снизить эффективность оборудования.

7. Давление и расход газа при использовании

Пиковый расход, средний расход и требования к давлению в реальном применении влияют на требуемую производительность системы PSA.

Следовательно, при выборе генератора азота PSA следует учитывать не только «часовую производительность азота», но также учитывать чистоту и давление на выходе, связанные с этой производительностью.

Каковы эксплуатационные затраты на генератор азота PSA?

Основной причиной замены установок является стоимость, и она лежит в основе каждого экономического обоснования-производства азота на объекте. Поскольку генератор азота PSA работает на сжатом воздухе и электричестве, а не на поставляемом продукте, при производстве-на месте исключается цена за-доставку и дополнительные сборы, связанные с баллонами и криотанкерами.

Источники в отрасли регулярно сообщают о значительной экономии;Компания Peak Scientific отмечает, что производство-на месте может сократить затраты на азот более чем на 50 % по сравнению с использованием баллонов.в типичной лаборатории и промышленное использование, а окупаемость обычно составляет от шести месяцев до трех лет.

В картине эксплуатационных затрат преобладает электроэнергия компрессора. Добавьте к этому регулярное обслуживание фильтров и осушителей, и большинство заводов обнаружат, что текущие счета намного ниже тех, которые они потратили на поставленный газ.

Как правильно выбрать генератор азота PSA

Выбор подходящего агрегата начинается с подбора машины для конкретной задачи, а не наоборот. Перед покупкой проработайте следующие вопросы:

• Какая чистота необходима для этого процесса?Правильный ответ – минимальная чистота, которая по-прежнему защищает продукт.
• Какой расход требуется - средний и пиковый?Выбор размера зависит от расхода, поэтому скромная линия все еще может оправдать-PSA на объекте, когда затраты на баллоны станут значимыми.
• Каков рабочий цикл?Для непрерывного производства необходима система, рассчитанная на-круглосуточную-работу.
• Какая у вас настройка подачи-воздуха?Вам потребуется компрессор достаточной мощности, а также осушители и фильтры, чтобы соответствовать классам ISO, необходимым для сита.

Если ваше предприятие покупает азот в бутылях или сосудах Дьюара, стоит смоделировать, какую-экономию можно будет произвести на месте в течение года. Самый простой способ оценить это — это фактическая чистота и поток, необходимые вашей линии, а не общая оценка.

Техническое обслуживание генераторов азота PSA

Генератор азота PSA по своей конструкции требует минимального-технического обслуживания, но небольшая процедура обеспечивает его надежность на долгие годы. Работа в основном связана с гигиеной и проверками, а не с тяжелым обслуживанием:

• Заменяйте фильтры по графику- прецизионные и осушающие фильтры защищают сито; меняйте их, когда производитель говорит об этом.
• Проверьте сушилки- Влага — злейший враг сита, поэтому убедитесь, что точка росы остается в пределах нормы.
• Осмотр клапанов и уплотнений- приводит к утечке отработанного сжатого воздуха, что является основной статьей эксплуатационных расходов системы.
• Следите за продувкой и временем цикла.- сверьте показания системы управления с независимой проверкой чистоты.
• Защитите CMS- сохраняет подаваемый воздух чистым и сухим, и сито прослужит более десяти лет.

Совет для профессионалов:Количество переключений в час и расход продувки напрямую влияют на потребление энергии. В хорошо-настроенном агрегате оператор балансирует чистоту и расход сжатого-воздуха.

Плановое техническое обслуживание в основном заключается в замене и проверке фильтров. Чувствительная часть, CMS, работает годами, пока подаваемый воздух остается чистым и сухим.

заключение

Компания Sollant Treatment производит промышленные системы генерации азота и кислорода наряду со своей линией обработки сжатого-воздуха, поэтому один поставщик может обеспечить всю картину-кондиционирования воздуха и производства газа-. Если вы обдумываете переход на-генерацию на месте, хорошей отправной точкой будет техническая проверка вашего профиля чистоты и текучести.