La tecnologia di separazione e purificazione del gas di adsorbimento con oscillazione di pressione a setaccio molecolare (PSA) è una tecnologia che si è sviluppata rapidamente a partire dagli anni '60 con i requisiti di protezione ambientale e controllo dell'inquinamento. Gli impianti di gas ossigeno sono stati ampiamente utilizzati in molti settori come la produzione di acciaio, l'industria del gas, l'industria elettronica, l'industria petrolchimica e l'assistenza medica e sanitaria.
Principio di funzionamento della tecnologia di produzione dell'ossigeno PSA
Il principio di base del PSA è quello di sfruttare la differenza nelle prestazioni di adsorbimento di azoto e ossigeno nell'aria sul setaccio molecolare zeolite (ZMS) a causa di pressioni diverse. La capacità di assorbimento cambia con la pressione. In condizioni di equilibrio, il setaccio molecolare adsorbe preferenzialmente i componenti di azoto. In condizioni di pressione elevata, l'adsorbimento di azoto è superiore alla capacità di adsorbimento a bassa pressione. Il desorbimento e la rigenerazione del setaccio molecolare si ottengono modificando la pressione operativa, ovvero adsorbimento pressurizzato e desorbimento depressurizzato, ottenendo così la separazione dell'ossigeno e dell'azoto.
Il termine "adsorbimento" fu proposto per la prima volta da Kayser nel 1881, indicando la condensazione del gas su una superficie libera. L'adsorbimento è ora rigorosamente definito a livello internazionale come: l'arricchimento o la perdita di uno o più componenti all'interfaccia [8]. L'adsorbimento con oscillazione di pressione si riferisce al processo in cui un materiale solido poroso entra in contatto con un fluido, un determinato componente o più componenti del fluido si accumulano sulla superficie solida e la quantità e la concentrazione del fluido cambiano attraverso la variazione di pressione. La rimozione dei componenti adsorbiti sulla superficie dei solidi porosi è chiamata processo di desorbimento o desorbimento, che è il processo inverso dell'adsorbimento. Attraverso l'adsorbimento e il desorbimento è possibile raggiungere lo scopo di separare o purificare diversi componenti del fluido.
Il componente principale del sistema di produzione dell'ossigeno è il setaccio molecolare. Attualmente, l'adsorbente comunemente utilizzato per le apparecchiature di produzione di ossigeno con setaccio molecolare medico di piccole e medie dimensioni è ZMS. ZMS è una particella bianca composta da zeolite come materia prima principale e lavorata mediante una lavorazione speciale. È un adsorbente semipermanente. Prestare attenzione all'impermeabilità durante l'uso, altrimenti perderà il suo effetto di assorbimento. L'adsorbente comunemente usato per la produzione di ossigeno PSA è lo ZMS sintetico, tra cui quelli comunemente usati sono le molecole di zeolite con una dimensione dei pori di 5A, che è un adsorbente polare composto da cationi e scheletri di ossido di silicio e alluminio caricati negativamente.
Sebbene l'ossigeno e l'azoto siano sostanze non polari, produrranno dipoli indotti sotto l'influenza dei setacci molecolari della zeolite. Esiste un'attrazione (forza induttiva) tra il dipolo indotto e il dipolo intrinseco delle molecole polari. Poiché la forza induttiva dell'azoto è maggiore di quella dell'ossigeno, il setaccio molecolare assorbe molto più azoto che ossigeno. Quando l'aria passa attraverso il setaccio molecolare della zeolite, l'azoto viene assorbito preferenzialmente dal setaccio molecolare e arricchito nei suoi micropori, mentre solo una piccola quantità di ossigeno viene adsorbita e la maggior parte passa attraverso il setaccio molecolare per diventare gas prodotto. L'ossigeno viene quindi filtrato attraverso il filtro antipolvere e il filtro di sterilizzazione per ottenere ossigeno medico qualificato. Al fine di ottenere ossigeno medico continuo e stabile, l'apparecchiatura per la produzione di ossigeno ad adsorbimento con oscillazione di pressione è dotata di due torri di adsorbimento per produrre ossigeno alternativamente. Quando uno assorbe e produce ossigeno, l'altro adsorbitore è in uno stato di rigenerazione. Gli altri gas componenti scaricati dalla rigenerazione vengono silenziati e scaricati all'esterno attraverso il silenziatore.
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