У индустријској сепарацији гаса, технологија производње азота остаје кључни фокус за инжењере. Приликом одабира решења за производњу азота, прво питање које се често поставља је: који је бољи за моје специфичне услове-ПСА или мембрана? А чистоћа је један од кључних фактора у тој одлуци. У стварним-светским условима рада, јаз у чистоћи између ПСА генератора азота и мембранског одвајања азота може да се креће од 0,5% до преко 3%, у зависности од конфигурације система, услова рада и праксе одржавања. Хајде да ово поделимо из два угла: принципа рада и стварних перформанси.
Принципи рада дефинишу плафон чистоће
ПСА (Адсорпција са променама притиска) се ослања на угљенична молекуларна сита. Кључна је разлика у брзинама дифузије између молекула кисеоника и азота-молекули кисеоника су нешто мањи, дифундују брже и преференцијално се адсорбују; молекули азота су нешто већи, потребно им је дуже да прођу кроз слој и постају концентрисани на излазу. Наизменичним притиском и смањењем притиска између два адсорпциона торња, ПСА обезбеђује континуирани излаз азота. Предност ПСА у чистоћи је јасна: подешавањем циклуса адсорпције, параметара притиска и пуњења сита, може произвести азот од 95% до 99,999% или чак више.
Одвајање мембране функционише другачије. Мембране од шупљих влакана користе полимерне материјале који искоришћавају разлике у брзинама пропусности гаса. Кисеоник, водена пара и други "брзи гасови" брзо продиру кроз зид мембране и одводе се; азот полако продире и путује дуж лумена влакана да би постао гас производа. Одвајање мембране обично износи између 95% и 99,5%. Преко 99,5%, ефикасност и исплативост-нагло опадају јер је за постизање веће чистоће потребна знатно већа површина мембране или смањен проток-економски непрактичан.
Колико је велик јаз у чистоћи у различитим опсезима?
Погледајмо уобичајене заграде чистоће:
95%–98% – Обе технологије добро функционишу. Мембрански системи нуде нижу потрошњу енергије, компактан дизајн и без покретних делова-ту су јасне предности. ПСА је такође одржив, али може имати нешто веће трошкове опреме по јединици производње.
99%–99,5% – Мембрана се приближава својој практичној граници. Да би доследно испоручивали 99,5%, мембранским модулима су потребни идеални улазни услови-строго контролисана температура, притисак и проток-а излаз ће бити приметно нижи од упоредиве ПСА јединице. ПСА удобно рукује овим асортиманом, због чега многи индустријски корисници раде овде.
99,9% и више – Ово је линија поделе. Мембрански системи ретко могу постићи стабилну чистоћу од 99,9% током времена. Чак и ако то ураде, производња пада на делић ПСА јединице исте величине, чинећи економију непривлачном. ПСА доминира у опсегу од 99,9% до 99,999%-апликација као што су производња електронике, топлотна обрада, металургија праха и испирање азотом за паковање хране, све се ослања на ово.
Брзо поређење: За систем са 100 Нм³/х који захтева чистоћу од 99,5%, и ПСА и мембрана могу да ураде посао. Али ако повећате захтев на 99,9%, ефективна снага мембранског система може пасти на 30–50 Нм³/х, док ПСА јединици су потребна само мања подешавања параметара да би се одржао стабилан излаз.
Који фактори проширују или сужавају јаз?
Квалитет улазног ваздуха и предтретман. Обе технологије захтевају сув, чист компримовани ваздух. Вишак уља, воде или прашине ће контаминирати мембранска влакна, смањујући селективност пермеације и узрокујући нагли пад чистоће. ПСА угљенична сита се такође могу отровати и изгубити ефикасност. Кључна разлика: мембране су осетљивије на уљну маглу и када се једном контаминирају, веома их је тешко регенерисати-у суштини једнократни-губитак. Угљена сита, након фиксирања улазних услова, могу се делимично опоравити кроз циклусе регенерације.
Радна температура и притисак. Перформансе мембране су веома{1}}осетљиве на температуру. Оптимални опсег је обично 20-45 степени. Изван овог опсега, ефикасност одвајања приметно опада, а чистоћа варира. ПСА боље подноси температурне варијације-све док је изолација адекватна, промене животне средине имају много мањи утицај на чистоћу.
Маргина дизајна и{0}}дугорочна стабилност. Многи корисници сматрају да мембрански системи не успевају да испуне циљеве чистоће након две или три године. Основни узрок је постепено пузање и накупљање контаминације у материјалу мембране-природно опадање перформанси. За ПСА систем са ситама одговарајуће величине и добро-запечаћеним вентилима, чистоћа може остати стабилна пет до осам година или дуже. Схенгер Гас је током година пружања услуга индустријским клијентима приметио да под истим захтевима за почетну чистоћу, ПСА опрема обично нуди један степен више дугорочне-стабилности од мембранских система.
Савет за одабир: Не фокусирајте се само на број чистоће
Ако је за вашу операцију потребно само 95%–99% азота средње{2}}до{{3}ниске чистоће-на пример, пуњење гума, спречавање пожара у руднику или одређено хемијско покривање-одвајања мембране, вреди размислити. Једноставан је, скоро без одржавања-и брзо се покреће.
Али ако ваш процес захтева стабилну чистоћу азота изнад 99,5% или има строга ограничења заосталог кисеоника (као што је лемљење електронике повратним током, заштитне атмосфере за термичку обраду метала или фармацеутска контрола кисеоника), онда су ПСА генератори азота индустријски најисправније и најисплативије{1}}дуготрајно-економично решење. За 99,9% и више, нема праве дебате-ПСА је једини практичан избор.
Још једна ствар која се често занемарује: стварна радна чистоћа није иста као оцена на плочици са именом. Неки мембрански системи тестирају се на 99,9% током фабричког прихватања, али након уградње-са променљивим улазним условима и променом температуре околине-стварна-чистоћа може да падне испод 99%. ПСА, захваљујући не-линеарној природи процеса адсорпције, боље толерише улазне флуктуације унутар одређеног опсега.
У опсегу ниске -до-средње чистоће, јаз је мали. Изнад 99,5%, јаз се помера са „малог“ на „значајан“. А на 99,9% и више, поставља се питање да ли технологија уопште може да уради посао. Кључ није у томе која технологија је „боља“-већ у томе који ниво чистоће је заиста потребан вашем процесу и колико доследно мора да одржава ту чистоћу. Када добијете тај одговор, прави избор постаје јасан.
