La història del generador d'oxigen PSA

L'adsorció de canvi de pressió (PSA) no és un procés nou i, com la majoria dels bons invents, amb l'avantatge de retrospectiva el principi sembla obvi. Com en tots els processos de separació per adsorció, el requisit essencial és un adsordor doblegat que adsorbeixi preferentment un component (o una família de components relacionats) d'un aliment mixt. Aquesta selectivitat pot dependre d'una diferència en l'equilibri d'adsorció o d'una diferència de taxes d'absorció (selectivitat cinctica). En determinats casos la diferència de velocitats pot ser tan gran que les espècies de difusió més lenta queden en efecte totalment excloses de l'adsorbent (tamisatge selectiu de mida), i en aquesta situació es pot aconseguir, òbviament, una separació molt eficient.

Tots els processos de separació per adsorció impliquen dos passos principals:

(1) adsorp-tton, durant el qual les espècies adsorbides preferentment es treuen de l'alimentació;
(2) regeneració o desorció, durant la qual aquestes espècies s'eliminen de l'adsorbent, "regenerant" així l'adsorbent per al seu ús en el cicle següent. productes útils a partir de les etapes d'adsorció o regeneració o d'ambdues etapes. L'efluent durant l'etapa d'adsorció és un producte "rafinat purificat" del qual s'han eliminat els sDecies adsorbits preferentment. El desorbat que es recupera durant l'etapa de regeneració conté les espècies més fortament adsorbides en forma concentrada (en relació amb l'alimentació) i de vegades s'anomena producte "extracte".

La característica essencial d'un procés PSA és que, durant l'etapa de regeneració, les espècies adsorbides preferentment s'eliminen reduint la pressió total, en lloc d'augmentar la temperatura o purgar amb un desplaçament.

El concepte d'un procés de PSA. (a) Càrrega d'equilibri amb precisió. (h) Esbós idcalitzat que mostra el conjunt del perfil d'adsorció de la fase de control per a les espècies no molt absorbides en un procés senzill de PSA de dos llits.

agent (tot i que un pas de purga a baixa pressió s'inclou habitualment en el cicle) El procés funciona en condicions aproximadament isotèrmiques de manera que la capacitat útil és la diferència de càrrega entre dos punts, corresponent a les pressions d'alimentació i regeneració, a la mateixa isoterma. Figura 1.1 (a) l. La figura 1.1 (b) mostra esquemàticament el moviment dels perfils de concentració durant els passos d'alimentació a alta pressió i de regeneració a baixa pressió. L'etapa d'alimentació normalment acaba abans que el component més fortament adsorbit trenqui el llit, mentre que l'etapa de regeneració s'acaba generalment abans que el llit estigui completament desorbit. En estat estacionari cíclic, el perfil oscil·la al voltant d'una posició mitjana al llit

 

Generador de gas d'oxigen Psa

Generador d'oxigen mèdic Psa

Planta d'oxigen mèdic de PSA

Un dels principals avantatges del PSA, relacionat amb altres tipus de processos d'adsorció, com ara el swing tèrmic, és que la pressió es pot canviar molt més ràpidament que la temperatura, cosa que permet operar un procés PSA en un cicle molt més ràpid, augmentant així el per unitat de volum del llit adsorbent. La principal limitació és que els processos de PSA es restringeixen als components que no s'adsorbeixen massa fortament. Si l'espècie adsorbida preferentment s'adsorbeix massa fortament, es requereix un buit no econòmicament alt per efectuar la desorció durant la regeneració. Per tant, per a components molt fortament adsorbits, el thermai swing és generalment l'opció preferida, ja que un canvi modest de temperatura produeix, en general, un canvi relativament gran en la constant del cauilibrum d'adsorció gas-sòlid.

Els processos de PSA no són més complexos que la majoria dels processos de separació més convencionals, però es diferencien en una característica essencial: el PTOCess funciona en condicions transents, mentre que la majoria de processos com l'absorció, l'extracció i la distilació operen en condicions d'estat estacionari.

Com a resultat, tant el marc conceptual com els procediments de disseny són força diferents. Aquesta diferència es pot explicar millor en termes matemàtics. Un procés en estat estacionari es pot descriure matemàticament mitjançant una equació diferencial ordinària (o un conjunt d'equacions diferencials ordinàries), i per obtenir la relació entre les variables operatives i el rendiment del procés només cal integració d'aquest conjunt d'equacions. Per contra, un procés transitori es descriu per un sct d'equacions diferencials parcials i això requereix un procediment de solució més complex. Com a resultat, la relació entre el rendiment del procés i les variables operacionals és generalment menys òbvia. Els procediments o el disseny i el cuir cabellut de les unitats PSA estan disponibles en la seva major part a la literatura oberta. No obstant això, encara no s'han acceptat generalment com a part del currículum normal d'enginyeria química i, com a resultat, persisteix un cert aire de misteri. .

Malgrat els primers inicis, va ser realment només durant la dècada de 1980 que els processos de PSA van obtenir una acceptació comercial generalitzada. Això es mostra a la figura 1.2, que mostra un gràfic del nombre anual de publicacions i patents dels EUA relacionades amb els processos de PSA durant l'any. Les raons del seu retard inusualment llarg entre la invenció i la comercialització d'aquests processos no estan del tot clares, però sembla probable que l'oposició dels interessos arrelats a la indústria del gas criogenc i la manca de familiaritat amb els principis subjacents entre els enginyers en exercici fossin probablement importants. factors. Durant la dècada de 1970, l'interès per la separació alternativa Dro-cesses es va estimular per l'escalada dels costos energètics associats a l'augment del preu del cru. Tot i que els costos de l'energia van caure durant la dècada de 1980, l'impuls per examinar processos alternatius i adaptar la tecnologia a les especificacions del producte. ha continuat.