Die Gastrennungs- und Reinigungstechnologie der Molekularsieb-Druckwechseladsorption (PSA) ist eine Technologie, die sich seit den 1960er Jahren im Einklang mit den Anforderungen des Umweltschutzes und der Kontrolle der Umweltverschmutzung rasant weiterentwickelt hat. Sauerstoffgasanlagen werden in vielen Branchen wie der Stahlproduktion, der Gasindustrie, der Elektronikindustrie, der petrochemischen Industrie sowie der Medizin und dem Gesundheitswesen häufig eingesetzt.
Funktionsprinzip der PSA-Sauerstoffproduktionstechnologie
Das Grundprinzip der PSA besteht darin, den Unterschied in der Adsorptionsleistung von Stickstoff und Sauerstoff in der Luft auf Zeolith-Molekularsieben (ZMS) aufgrund unterschiedlicher Drücke zu nutzen. Die Adsorptionskapazität ändert sich mit dem Druck. Unter Gleichgewichtsbedingungen adsorbiert das Molekularsieb bevorzugt Stickstoffkomponenten. Unter erhöhten Druckbedingungen ist die Adsorption von Stickstoff höher als die Adsorptionskapazität bei niedrigem Druck. Die Desorption und Regeneration des Molekularsiebs wird durch Änderung des Betriebsdrucks, d. h. Druckadsorption und drucklose Desorption, erreicht, wodurch eine Sauerstoff- und Stickstofftrennung erreicht wird.
Der Begriff „Adsorption“ wurde erstmals 1881 von Kayser vorgeschlagen und bezeichnet die Kondensation von Gas auf einer freien Oberfläche. Adsorption wird heute international streng definiert als: die Anreicherung oder der Verlust einer oder mehrerer Komponenten an der Grenzfläche [8]. Druckwechseladsorption bezieht sich auf den Prozess, bei dem ein poröses Feststoffmaterial mit einer Flüssigkeit in Kontakt kommt, sich eine bestimmte Komponente oder mehrere Komponenten in der Flüssigkeit auf der Feststoffoberfläche ansammeln und sich Menge und Konzentration der Flüssigkeit durch Druckänderung ändern. Die Entfernung von an der Oberfläche poröser Feststoffe adsorbierten Bestandteilen wird als Desorption oder Desorptionsprozess bezeichnet, bei dem es sich um den umgekehrten Prozess der Adsorption handelt. Durch Adsorption und Desorption kann der Zweck der Trennung oder Reinigung verschiedener Komponenten in der Flüssigkeit erreicht werden.
Die Kernkomponente des Sauerstoffproduktionssystems ist das Molekularsieb. Derzeit ist ZMS das am häufigsten verwendete Adsorptionsmittel für kleine und mittlere medizinische Molekularsieb-Sauerstoffproduktionsanlagen. ZMS ist ein weißer Partikel, der aus Zeolith als Hauptrohstoff besteht und durch eine spezielle Verarbeitung verarbeitet wird. Es ist ein semipermanentes Adsorptionsmittel. Achten Sie bei der Verwendung auf die Wasserdichtigkeit, da es sonst seine Adsorptionswirkung verliert. Das am häufigsten verwendete Adsorptionsmittel für die PSA-Sauerstoffproduktion ist synthetisches ZMS, unter anderem Zeolithmoleküle mit einer Porengröße von 5A, ein polares Adsorptionsmittel, das aus Kationen und negativ geladenen Siliziumaluminiumoxidgerüsten besteht.
Obwohl Sauerstoff und Stickstoff unpolare Substanzen sind, erzeugen sie unter dem Einfluss von Zeolith-Molekularsieben induzierte Dipole. Zwischen dem induzierten Dipol und dem inhärenten Dipol polarer Moleküle besteht eine Anziehung (induktive Kraft). Da die Induktionskraft von Stickstoff größer ist als die von Sauerstoff, adsorbiert das Molekularsieb viel mehr Stickstoff als Sauerstoff. Wenn Luft durch das Zeolith-Molekularsieb strömt, wird Stickstoff vorzugsweise vom Molekularsieb adsorbiert und in seinen Mikroporen angereichert, während nur eine kleine Menge Sauerstoff adsorbiert wird und der größte Teil davon durch das Molekularsieb strömt und zu Produktgas wird. Anschließend wird der Sauerstoff durch den Staubfilter und den Sterilisationsfilter gefiltert, um qualifizierten medizinischen Sauerstoff zu erhalten. Um kontinuierlichen und stabilen medizinischen Sauerstoff zu erhalten, ist die Druckwechseladsorptions-Sauerstoffproduktionsanlage mit zwei Adsorptionstürmen ausgestattet, um abwechselnd Sauerstoff zu produzieren. Während einer der Adsorber Sauerstoff absorbiert und produziert, befindet sich der andere Adsorber im Regenerationszustand. Die anderen durch die Regeneration ausgestoßenen Gasbestandteile werden schallgedämpft und über den Schalldämpfer nach außen abgegeben.
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