La storia del generatore di ossigeno PSA

L'adsorbimento con oscillazione di pressione (PSA) non è un processo nuovo e, come la maggior parte delle buone invenzioni, con il senno di poi il principio appare ovvio. Come in tutti i processi di separazione per adsorbimento, il requisito essenziale è un adsorbente che adsorba preferenzialmente un componente (o una famiglia di componenti correlati) da un'alimentazione miscelata. Questa selettività può dipendere da una differenza nell'equilibrio di adsorbimento o da una differenza nei tassi di assorbimento (selettività cinetica). In certi casi la differenza nei tassi può essere così grande che le specie a diffusione più lenta sono in effetti totalmente escluse dall'adsorbente (setacciatura selettiva per dimensione), e in questa situazione è ovviamente possibile ottenere una separazione molto efficiente.

Tutti i processi di separazione per adsorbimento prevedono due fasi principali:

(1) adsorbimento, durante il quale i frammenti preferibilmente adsorbiti vengono prelevati dall'alimentazione;
(2) rigenerazione o desorbimento, durante il quale queste specie vengono rimosse dall'adsorbente, "rigenerando" così l'adsorbente per l'uso nel ciclo successivo. prodotti utili dalle fasi di adsorbimento o rigenerazione o da entrambe le fasi. L'effluente durante la fase di adsorbimento è il prodotto "raffinato" purificato da cui sono state rimosse le sostanze preferenzialmente adsorbite. Il desorbato recuperato durante la fase di rigenerazione contiene le specie più fortemente adsorbite in forma concentrata (rispetto all'alimentazione) ed è talvolta chiamato prodotto "estratto".

La caratteristica essenziale di un processo PSA è che, durante la fase di rigenerazione, le specie preferibilmente adsorbite vengono rimosse riducendo la pressione totale, piuttosto che aumentando la temperatura o spurgando con un dispositivo di spostamento.

Il concetto di un processo PSA. (a) Modifica del caricamento dell'equilibrio con pressione. (h) schizzo idcalizzato che mostra il movimento del profilo di unione della fase di adsorbimento per le specie più fortemente assorbite in un semplice processo PSA a due letti.

agente (sebbene una fase di spurgo a bassa pressione sia comunemente inclusa nel ciclo) Il processo opera in condizioni approssimativamente isotermiche in modo che la capacità utile sia la differenza di carico tra due punti, corrispondenti alle pressioni di alimentazione e rigenerazione, sulla stessa isoterma[ La Figura 1.1 (a) l. La Figura 1.1 (b) mostra schematicamente il movimento dei profili di concentrazione durante le fasi di alimentazione ad alta pressione e rigenerazione a bassa pressione. La fase di alimentazione viene normalmente terminata prima che il componente più fortemente adsorbito riempa il letto, mentre la fase di rigenerazione viene generalmente terminata prima che il letto sia completamente desorbito. Allo stato stazionario ciclico il profilo oscilla quindi attorno ad una posizione media nel letto

 

Generatore di gas di ossigeno Psa

Generatore di ossigeno medico Psa

Impianto di ossigeno medico PSA

Uno dei principali vantaggi del PSA, rispetto ad altri tipi di processo di adsorbimento come l'oscillazione termica, è che la pressione può essere modificata molto più rapidamente della temperatura, rendendo così possibile eseguire un processo PSA con un ciclo molto più veloce, aumentando così la per unità di volume del letto adsorbente. La limitazione principale è che i processi PSA sono limitati ai componenti che non sono troppo fortemente adsorbiti. Se la specie adsorbita preferenzialmente è troppo fortemente adsorbita, è necessario un vuoto antieconomico elevato per effettuare il desorbimento durante la rigenerazione fase. Pertanto, per componenti molto fortemente adsorbiti, l'oscillazione termica è generalmente l'opzione preferita poiché una modesta variazione di temperatura produce, in generale, una variazione relativamente ampia nella costante del cailibrum di adsorbimento gas-solido.

I processi PSA non sono più complessi della maggior parte dei processi di separazione più convenzionali, ma differiscono in una caratteristica essenziale: il PTOCess opera in condizioni transitorie, mentre la maggior parte dei processi come l'assorbimento, l'estrazione e la distitazione operano in condizioni di stato stazionario.

Di conseguenza, sia il quadro concettuale che le procedure di progettazione sono piuttosto diverse. Questa differenza può essere meglio spiegata in termini matematici. Un processo in stato stazionario può essere descritto matematicamente da un'operazione differenziale ordinaria (o da un insieme di equazioni differenziali ordinarie), e per ottenere la relazione tra le variabili operative e le prestazioni del processo è necessario solo il integrazione di questo insieme di equazioni. Al contrario, un processo transitorio è descritto da una serie di equazioni differenziali alle derivate parziali e ciò richiede una procedura di soluzione più complessa. Di conseguenza, la relazione tra le prestazioni del processo e le variabili operative è generalmente meno ovvia. Le procedure o la progettazione e lo scalpello delle unità PSA sono per la maggior parte disponibili nella letteratura aperta. Tuttavia, non sono ancora state generalmente accettate come parte del normale curriculum di ingegneria chimica e, di conseguenza, persiste una certa aria di mistero. .

Nonostante il loro inizio iniziale, in realtà è stato solo durante gli anni '80 che i processi PSA hanno ottenuto un ampio consenso commerciale. Ciò è illustrato nella Figura 1.2, che mostra un grafico del numero annuale di pubblicazioni e brevetti statunitensi relativi ai processi PSA rispetto all'anno. Le ragioni del ritardo insolitamente lungo tra l'invenzione e la commercializzazione di tali processi non sono del tutto chiare, ma sembra probabile che l'opposizione degli interessi radicati nell'industria del gas criogenico e la mancanza di familiarità con i principi sottostanti tra gli ingegneri praticanti siano stati probabilmente significativi. fattori. Durante gli anni '70 l'interesse per i processi di separazione alternativi fu stimolato dall'escalation dei costi energetici associati all'aumento del prezzo del petrolio greggio. Sebbene i costi energetici diminuirono durante gli anni '80, l'impulso ad esaminare processi alternativi e ad abbinare la tecnologia alle specifiche del prodotto ha continuato.