A história do gerador de oxigênio PSA

A adsorção por oscilação de pressão (PSA) não é um processo novo e, como a maioria das boas invenções, com a vantagem de uma visão retrospectiva, o princípio parece óbvio. Como em todos os processos de separação por adsorção, o requisito essencial é um adsorvente que adsorva preferencialmente um componente (ou uma família de componentes relacionados) de uma alimentação misturada. Esta selectividade pode depender de uma diferença no equilíbrio de adsorção ou de uma diferença nas taxas de absorção (seletividade cintica). Em certos casos, a diferença nas taxas pode ser tão grande que as espécies de difusão mais lenta são, na verdade, totalmente excluídas do adsorvente (peneiramento seletivo por tamanho), e nesta situação uma separação muito eficiente pode obviamente ser alcançada.

Todos os processos de separação por adsorção envolvem duas etapas principais:

(1) adsorção, durante a qual as partículas preferencialmente adsorvidas são retiradas da alimentação;
(2) regeneração ou dessorção, durante a qual estas espécies são removidas do adsorvente, “regenerando” assim o adsorvente para uso no próximo ciclo. produtos úteis das etapas de adsorção ou regeneração ou de ambas as etapas. O efluente durante a etapa de adsorção é o produto refinado purificado do qual os sDecies preferencialmente adsorvidos foram removidos. O dessorbato que é recuperado durante a etapa de regeneração contém as espécies mais fortemente adsorvidas na forma concentrada (em relação à alimentação) e às vezes é chamado de "extrair" o produto.

A característica essencial de um processo PSA é que, durante a etapa de regeneração, as espécies preferencialmente adsorvidas são removidas reduzindo a pressão total, em vez de aumentar a temperatura ou purgar com um deslocador.

O conceito de um processo PSA.(a)Chinge m cquilibrum loading with prcsure.(h)esboço idcalizado mostrando a combinação do perfil de cnceiração da fase adsorheu para as espécies mais fortemente adsorvidas em um processo PSA simples de dois leitos.

agente (embora uma etapa de purga de baixa pressão seja comumente incluída no ciclo) O processo opera sob condições aproximadamente isotérmicas, de modo que a capacidade útil é a diferença no carregamento entre dois pontos, correspondendo às pressões de alimentação e regeneração, na mesma isoterma[ A Figura 1.1 (a) l. A Figura 1.1 (b) mostra esquematicamente o movimento dos perfis de concentração durante as etapas de alimentação de alta pressão e regeneração de baixa pressão. A etapa de alimentação é normalmente terminada antes que o componente mais fortemente adsorvido rompa o leito, enquanto a etapa de regeneração geralmente termina antes que o leito seja totalmente dessorvido. No estado estacionário cíclico, o perfil oscila em torno de uma posição média no leito

 

Gerador de gás oxigênio PSA

Gerador de oxigênio médico PSA

Planta médica do oxigênio da PSA

Uma grande vantagem do PSA, em relação a outros tipos de processos de adsorção, como a oscilação térmica, é que a pressão pode ser alterada muito mais rapidamente do que a temperatura, tornando possível operar um processo PSA em um ciclo muito mais rápido, aumentando assim o por unidade de volume do leito adsorvente. A principal limitação é que os processos de PSA são restritos a componentes que não são fortemente adsorvidos. passo. Assim, para componentes muito fortemente adsorvidos, o balanço térmico é geralmente a opção preferida, uma vez que uma mudança modesta de temperatura produz, em geral, uma mudança relativamente grande na constante do caudal de adsorção gás-sólido.

Os processos PSA não são mais complexos do que a maioria dos processos de separação mais convencionais, mas são diferentes em uma característica essencial: o PTOCess opera sob condições transitórias, enquanto a maioria dos processos como absorção, extração e distitulação operam sob condições de estado estacionário.

Como resultado, tanto a estrutura conceitual quanto os procedimentos de projeto são bastante diferentes. Esta diferença pode ser melhor explicada em termos matemáticos. Um processo em estado estacionário pode ser descrito matematicamente por uma avaliação diferencial ordinária (ou um conjunto de equações diferenciais ordinárias), e para obter a relação entre as variáveis ​​​​operacionais e o desempenho do processo é necessário apenas o integração deste conjunto de equações. Por outro lado, um processo transitório é descrito por uma série de equações diferenciais parciais e isso requer um procedimento de solução mais complexo. Como resultado, a relação entre o desempenho do processo e as variáveis ​​operacionais é geralmente menos óbvia. Os procedimentos ou o projeto e o escalonamento das unidades PSA estão, em sua maior parte, disponíveis na literatura aberta. No entanto, eles ainda não foram geralmente aceitos como parte do currículo normal de engenharia química e, como resultado, persiste um certo ar de mistério. .

Apesar do início precoce, foi realmente apenas durante a década de 1980 que os processos de PSA ganharam ampla aceitação comercial. Isto é ilustrado na Figura 1.2, que mostra um gráfico dos números anuais de publicações e patentes dos EUA relacionadas aos processos de PSA em relação ao ano. As razões para o seu atraso invulgarmente longo entre a invenção e a comercialização de tais processos não são totalmente claras, mas parece provável que a oposição de interesses arraigados na indústria do gás criogénico e a falta de familiaridade com os princípios subjacentes entre os engenheiros praticantes tenham sido provavelmente significativas. fatores. Durante a década de 1970, o interesse em processos de separação alternativos foi estimulado pela escalada dos custos de energia associados ao aumento do preço do petróleo bruto. Embora os custos de energia tenham caído durante a década de 1980, o ímpeto para examinar processos alternativos e adequar a tecnologia às especificações do produto continuou.