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Como funciona o gerador de gás nitrogênio? – PSA vs membrana vs criogênico

O princípio de funcionamento do gerador de nitrogênio difere em tipos. E existem três tipos principais de sistemas de geração de n2. O primeiro é o gerador de nitrogênio PSA. Ele usa o princípio da adsorção por oscilação de pressão. Este é o tipo mais comum. O segundo é o gerador de nitrogênio de membrana. Ele usa o princípio da penetração da membrana molecular. O terceiro é o gerador de nitrogênio criogênico. Adota o princípio de resfriamento e separação criogênica. Pode produzir nitrogênio com pureza de ≧99,999%.

Como funcionam esses três tipos de geradores n2? Quais são as vantagens e desvantagens de cada um deles? A seguir apresentaremos seu princípio de funcionamento, respectivamente. Também compararemos esses três tipos de sistemas de geração de nitrogênio.

 

psa n2 generator system

 

Princípio de funcionamento do gerador de nitrogênio PSA

Ele usa um modo de adsorção de torre dupla. E o adsorvente é uma peneira molecular de carbono. O PLC controla a válvula pneumática para operação automática. As torres A e B se alternam para adsorção e regeneração. Complete a separação de N2 e O2. Finalmente obtenha o gás nitrogênio de alta pureza.

 

carbon molecular sieve of industrial nitrogen generator

 

(1) Como funciona um gerador de gás PSA n2?

Peneiras moleculares de carbono podem adsorver oxigênio e nitrogênio no ar. Mas sua velocidade de adsorção não é a mesma. O diâmetro do O2 é menor que o diâmetro do N2. Portanto, o oxigênio se difunde centenas de vezes mais rápido que o nitrogênio. Peneiras moleculares absorvem O2 mais rapidamente. A adsorção atinge mais de 90% em cerca de 1 minuto. Neste momento, a quantidade de adsorção de nitrogênio é apenas cerca de 5%. Então a maior parte da adsorção é O2. A maior parte do resto é gás N2.

O aumento da pressão de adsorção pode aumentar a capacidade de adsorção de O2 e N2 ao mesmo tempo. Além do mais, a taxa de aumento da adsorção de O2 é maior. O ciclo de adsorção com oscilação de pressão é curto. A quantidade de adsorção de O2 e N2 está longe do equilíbrio (valor máximo). Além disso, existem diferenças nas taxas de difusão de O2 e N2. Portanto, isso faz com que a quantidade de adsorção de O2 exceda muito a de N2 em um curto período de tempo.
Peneiras moleculares de carbono têm propriedades de adsorção seletiva. A geração de nitrogênio por adsorção com oscilação de pressão usa exatamente essa característica. Adota o período do ciclo de adsorção de pressão e dessorção de descompressão. O ar comprimido entra alternadamente nas torres de adsorção. Pode realizar a separação do ar. Produzindo assim continuamente nitrogênio de alta pureza.
psa nitrogen plant working principle

(2) Processo de trabalho do sistema N2 PSA

① Equalização de pressão intermediária

Depois 50 segundos de operação da torre de adsorção A, a peneira molecular de carbono tende a ficar saturada. Então entra 2 segundos estágio de equalização de pressão desigual (válvulas V3, V4, V8 estão fechados). Há nitrogênio semiacabado de alta pressão na torre de adsorção A. Este gás n2 entra na torre de adsorção B através das válvulas V7 e V10. Faz as duas torres na mesma pressão. Depois de equalizar a pressão, as válvulas estão todas fechadas.

② Uma torre realiza adsorção, Torre B não

A válvula de entrada e saída V1 abre. (Válvula V1 e V2, válvula V6 e V7 abrem apenas uma durante a operação. ou eles estão fechados ao mesmo tempo). O ar comprimido entra na torre de adsorção A através da tubulação e inicia a pré-adsorção. Processo de produção de gás nitrogênio é iniciado. A válvula V6 abre para entregar o nitrogênio acabado no tanque de armazenamento.

③ Adsorção na torre B, dessorção na torre A

Válvulas V2, V3 aberto. Então o ar comprimido entra na torre de adsorção B. O trabalho de adsorção começa. Além disso, válvulas V7, V9 abre com um pouco de atraso. Alimente o gás nitrogênio no tanque de armazenamento. Ao mesmo tempo, a válvula V5 abre. Escape do gás residual da torre A para a atmosfera. Aquilo é, use o nitrogênio residual no topo da torre para soprar de volta o gás residual. Este processo durará até que a adsorção da torre B termine. Todas as válvulas são fechadas para entrar no estado de equalização de pressão.

Acima está o princípio de funcionamento do gerador de gás nitrogênio.

 

V1 ●
V2 ●
V3 ● ● ●
V4 ● ● ●
V5 ● ● ● ●
V6 ● ● ● ●
V7 ●
V8 ●
V9 ● ●
V10 ● ●
Tempo 1 Segundo 1~51 segundos 52 Segundo 53 Segundo 53~103 segundos 104 Segundo
Status Adsorção da Torre A, Regeneração da Torre B Adsorção da Torre B, Regeneração da Torre A

Observação: ● significa que a válvula abre.

 

Princípio de funcionamento do gerador de gás nitrogênio de membrana

A taxa de permeação de diferentes gases nas membranas poliméricas varia. O gerador de membrana n2 aproveita esta propriedade para realizar a separação de gases. A separação é impulsionada pela diferença de pressão parcial entre os dois lados da membrana. Portanto, a tecnologia de membrana não requer regeneração. A operação e a manutenção também são simples.

 

membrane nitrogen generator working principle

 

Como funciona um gerador de nitrogênio de membrana?

Existem centenas de fibras ocas no gerador n2. Cada fibra é menor que 1 mm de diâmetro. Eles são tão finos quanto um fio de cabelo humano. O ar comprimido entra por uma extremidade do feixe de fibras. As moléculas de gás são primeiro adsorvidas na superfície lateral de alta pressão da membrana. Então eles se dissolvem, difunde e escapa. Cada gás tem uma taxa de permeação diferente. Por exemplo, a taxa de permeação de oxigênio, dióxido de carbono, o vapor de água é rápido. Nós os chamamos “gases rápidos”. Eles penetram da parede interna da fibra de alta pressão para o lado externo de baixa pressão. Finalmente, eles são descarregados pela abertura em um lado do módulo de membrana.
A taxa de permeação de nitrogênio é menor. Nós chamamos isso “gás lento”. O nitrogênio é enriquecido dentro da alta pressão. É descarregado da outra extremidade do módulo de membrana. Assim consegue a separação de oxigênio e nitrogênio.
Principle Diagram of Membrane Separation

 

Princípio de funcionamento do gerador de nitrogênio criogênico

A geração de nitrogênio por separação criogênica de ar usa o ar como matéria-prima. Após compressão e purificação, liquefazer o ar por troca de calor. O ar liquefeito é principalmente uma mistura de oxigênio líquido e nitrogênio líquido. Eles têm diferentes pontos de ebulição. Aquilo é, O2 é -297,3°C. E N2 é -320,3°C. Finalmente, obter nitrogênio separando-os por retificação.

 

Cryogenic Nitrogen Generation Working Process

 

Como funciona o gerador criogênico de n2?

Todo o processo consiste em compressão e purificação do ar, separação de ar, e vaporização de nitrogênio líquido.

(1) Compressão e Purificação de Ar

Primeiramente, o ar passa por um filtro de ar para remover poeira e impurezas. Então entre no compressor de ar. Comprimir até a pressão desejada. Após, entre no refrigerador de ar. Abaixe a temperatura do ar. Finalmente, entre no purificador de secagem de ar. Remova a umidade, dióxido de carbono e outros hidrocarbonetos do ar.

(2) Separação de ar

O ar purificado entra no trocador de calor principal na torre de separação de ar. Eles são resfriados até a temperatura de saturação pelo gás de refluxo (nitrogênio do produto, Gás residual). Então o ar é enviado para o fundo da torre de destilação. Obtenha o nitrogênio no topo da torre. O ar líquido é enviado ao evaporador para evaporar após o estrangulamento. Ao mesmo tempo, parte do nitrogênio enviado da torre de retificação é condensado. Parte do nitrogênio líquido condensado atua como líquido de refluxo da torre de retificação. A outra parte sai da torre de separação de ar como produto de nitrogênio líquido.

(3) Vaporização de nitrogênio líquido

O nitrogênio líquido da torre de separação de ar é armazenado no tanque. Em seguida, esse nitrogênio líquido no tanque de armazenamento entra no vaporizador para ser aquecido. Finalmente, eles entram na tubulação de nitrogênio do produto. A geração de nitrogênio criogênico pode produzir nitrogênio com pureza de ≧99,999%.

Portanto, o que está acima é o princípio de funcionamento do gerador de nitrogênio criogênico.

 

PSA vs gerador de nitrogênio de membrana

(1) O princípio de funcionamento é diferente

O primeiro adota o princípio de adsorção por oscilação de pressão. O material principal é o adsorvente (peneira molecular de carbono). CMS tem diferentes velocidades de adsorção para oxigênio e nitrogênio. Mas estes últimos separam O2 e N2 por princípios de funcionamento diferentes. O material principal é a membrana polimérica. O gás oxigênio e nitrogênio tem diferentes velocidades de penetração na membrana. Para maiores informações, verifique o princípio de funcionamento acima dos três geradores de nitrogênio.

(2) A pureza do nitrogênio é diferente

Em geral, a pureza do gerador PSA n2 é maior. Sua pureza máxima pode ser 99.999%. Claro, também pode produzir gás n2 de baixa pureza, como 98% e 99%. Mas o gerador de nitrogênio por membrana tem menor pureza. Geralmente produz gás n2 com pureza de até 99.9%.

(3) A aplicação é diferente

O sistema PSA n2 tem ampla aplicação no campo industrial. Além disso, pode gerar gás nitrogênio com faixa de pureza mais ampla. Portanto, a maioria das indústrias usa tecnologia de geração de nitrogênio PSA. E o gerador de membrana n2 também tem muitas vantagens. Primeiramente, não há barulho. Mas o primeiro tem barulho (menos de 70dB). em segundo lugar, gerador de membrana n2 tem tamanho e peso pequenos. Em terceiro lugar, não consumirá eletricidade. Por isso tem ampla aplicação em laboratório, médica e odontológica. Além do mais, podemos usá-lo diretamente para ocasiões à prova de explosão.

(4) O custo de operação é diferente

O gerador de nitrogênio PSA consumirá eletricidade e algum gás de regeneração. E precisa mudar a peneira molecular de carbono a cada 4 a 5 dias. Portanto, seu custo de operação é relativamente alto. Mas o gerador de nitrogênio por membrana não consumirá eletricidade e gás de regeneração. E a vida útil da membrana polimérica é de 6 a 10 dias. Portanto, seu custo de operação é inferior ao sistema PSA n2.

 

PSA vs gerador de nitrogênio criogênico

(1) Seus princípios de funcionamento são diferentes

O primeiro princípio é a geração de nitrogênio por adsorção com oscilação de pressão. Mas o último princípio é diferente. Nitrogênio e oxigênio têm pontos de ebulição diferentes. Então separa N2 e O2 por esta propriedade. Todo o processo de trabalho é realizado em temperatura criogênica. Para mais informações, consulte o princípio de funcionamento acima do gerador de nitrogênio.

(2) O processo de trabalho é diferente

O processo de produção de nitrogênio por adsorção com oscilação de pressão é relativamente simples. O número de equipamentos do sistema é menor. O equipamento principal inclui compressor de ar, secador de ar, gerador n2 e tanque de armazenamento de gás, etc.

O processo de geração criogênica de nitrogênio é mais complicado. O número de equipamentos do sistema é mais. O equipamento principal inclui compressores de ar, refrigeradores de ar, secadores de purificação de ar, trocador de calor, expansor, torres de destilação, vaporizadores, etc.

(3) Pureza é diferente

N2 psa pode produzir pureza máxima 99.999% gás. Mas o gerador criogênico de n2 pode produzir gás com mais de 99.999% pureza. Além disso, este último não só pode gerar gás n2, mas também produz nitrogênio líquido.

(4) Seus custos são diferentes

Obviamente, o custo de aquisição deste último é muito maior. Além disso, instalação e manutenção são relativamente responsáveis. Os custos de manutenção também são relativamente mais altos.
Além disso, o consumo de energia por unidade de geração de nitrogênio também é diferente. Para a produção de nitrogênio de alta pureza (pureza acima 99.9%), o consumo de energia dos dois não é muito diferente. Mas para a produção de nitrogênio com menor pureza, o primeiro tem óbvio.
O texto acima é uma comparação dos três tipos de geradores n2. Precisamos acompanhar as necessidades específicas para escolher o tipo. Para obter mais informações sobre o princípio de funcionamento do gerador de nitrogênio, bem-vindo para entrar em contato conosco.