Peneira molecular de carbono, como o componente principal de Gerador de nitrogênio PSA , é um material de adsorção com uma estrutura microporosa. O tamanho e a forma desses microporos são cuidadosamente projetados para adsorver seletivamente moléculas de tamanho e polaridade específicos. No gerador de nitrogênio PSA, a principal tarefa da peneira molecular de carbono é separar o oxigênio e o nitrogênio no ar.
Existem diferenças significativas na taxa de tamanho e difusão de moléculas de oxigênio e nitrogênio no ar. As moléculas de oxigênio (O₂) são menores, com um diâmetro de cerca de 0,346 nanômetros e uma maior taxa de difusão; Enquanto as moléculas de nitrogênio (N₂) são maiores, com um diâmetro de cerca de 0,364 nanômetros e uma taxa de difusão relativamente baixa. Quando o ar passa por peneiras moleculares de carbono, essas diferenças se tornam a chave para a separação.
Sob pressão, as moléculas de oxigênio no ar podem entrar nos microporos de peneiras moleculares de carbono mais rapidamente devido ao seu diâmetro menor e maior taxa de difusão. Esses microporos têm uma forte força de adsorção nas moléculas de oxigênio, de modo que as moléculas de oxigênio são firmemente adsorvidas na superfície e dentro das peneiras moleculares de carbono. Ao mesmo tempo, as moléculas de nitrogênio não são fáceis de entrar nos microporos de peneiras moleculares de carbono devido ao seu grande diâmetro e baixa taxa de difusão, para que sejam enriquecidas na fase gasosa.
À medida que o processo de adsorção prossegue, a concentração de moléculas de oxigênio na peneira molecular de carbono aumenta gradualmente, enquanto as moléculas de nitrogênio são gradualmente excluídas da fase gasosa. Quando a adsorção atinge a saturação, as moléculas adsorvidas de oxigênio podem ser desorvidas da peneira molecular de carbono, reduzindo a pressão ou introduzindo gás inerte para purga, alcançando assim a regeneração da peneira molecular de carbono. Esse processo é cíclico e o nitrogênio pode ser produzido continuamente a partir do ar.
Com base no desempenho da adsorção e no efeito cinético de peneiras moleculares de carbono, os geradores de nitrogênio do PSA alcançam separação efetiva de oxigênio e nitrogênio no ar. Seu princípio de trabalho pode ser resumido da seguinte forma:
Adsorção de pressão: o ar entra na torre de adsorção do gerador de nitrogênio PSA e passa pela camada de peneira molecular de carbono sob pressão. Neste momento, as moléculas de oxigênio são adsorvidas pela peneira molecular de carbono, enquanto as moléculas de nitrogênio são enriquecidas na fase gasosa.
Redução de pressão equalizada: Quando as moléculas de oxigênio na torre de adsorção alcance a saturação, a pressão na torre de adsorção é gradualmente reduzida ajustando a válvula. Esse processo ajuda a reduzir o consumo de energia e melhorar a pureza do nitrogênio.
Regeneração reversa: Ao reduzir a pressão, um gás inerte (como o próprio nitrogênio) é introduzido para purga, de modo que as moléculas adsorvidas de oxigênio são desorvidas da peneira molecular de carbono. Esse processo alcança a regeneração da peneira molecular de carbono e se prepara para a próxima rodada do processo de adsorção.
Flushing e reforço: Após a regeneração reversa, o gás residual na torre de adsorção é ainda mais removido pela etapa de descarga e a etapa de reforço é usada para se preparar para a próxima rodada de processo de adsorção.
Através do ciclo das etapas acima, o gerador de nitrogênio PSA pode produzir continuamente nitrogênio a partir do ar. Esse processo não é apenas eficiente e economiza energia, mas também ambientalmente amigável e livre de poluição. Comparado com a produção tradicional de nitrogênio criogênico ou químico, o gerador de nitrogênio PSA tem vantagens significativas de desempenho:
Alta eficiência e economia de energia: o gerador de nitrogênio PSA possui baixo consumo de energia e custos operacionais relativamente baixos.
Ambientalmente amigável e livre de poluição: todo o processo de produção de nitrogênio não requer o uso de reagentes químicos ou a geração de resíduos perigosos, o que é ecológico.
Fácil de operar: os geradores modernos de nitrogênio PSA geralmente usam controle de microcomputadores ou controle do programa PLC, que realiza operação totalmente automatizada e reduz a dificuldade e a intensidade do trabalho da operação.
Ampla gama de aplicações: os geradores de nitrogênio PSA podem ajustar a pureza do nitrogênio e o fluxo de acordo com as necessidades reais e são adequados para uma variedade de campos industriais e cenários de aplicação.
