La technologie de séparation et de purification des gaz par adsorption modulée en pression (PSA) par tamis moléculaire est une technologie qui s'est développée rapidement depuis les années 1960 avec les exigences de protection de l'environnement et de contrôle de la pollution. Les usines d'oxygène gazeux ont été largement utilisées dans de nombreuses industries telles que la production d'acier, l'industrie du gaz, l'industrie électronique, l'industrie pétrochimique et les soins médicaux et de santé.
Principe de fonctionnement de la technologie de production d'oxygène PSA
Le principe de base du PSA est d'utiliser la différence de performances d'adsorption de l'azote et de l'oxygène dans l'air sur un tamis moléculaire zéolitique (ZMS) en raison de différentes pressions. La capacité d'adsorption change avec la pression. Dans des conditions d’équilibre, le tamis moléculaire adsorbe préférentiellement les composants azotés. Dans des conditions de pression élevée, l’adsorption de l’azote est supérieure à la capacité d’adsorption à basse pression. La désorption et la régénération du tamis moléculaire sont obtenues en modifiant la pression de fonctionnement, c'est-à-dire l'adsorption sous pression et la désorption dépressurisée, réalisant ainsi la séparation de l'oxygène et de l'azote.
Le terme « adsorption » a été proposé pour la première fois par Kayser en 1881, désignant la condensation d'un gaz sur une surface libre. L'adsorption est désormais strictement définie au niveau international comme : l'enrichissement ou la perte d'un ou plusieurs composants à l'interface [8]. L'adsorption modulée en pression fait référence au processus dans lequel un matériau solide poreux entre en contact avec un fluide, un certain composant ou plusieurs composants du fluide s'accumulent sur la surface solide, et la quantité et la concentration du fluide changent en raison du changement de pression. L'élimination des composants adsorbés à la surface des solides poreux est appelée processus de désorption ou de désorption, qui est le processus inverse de l'adsorption. Grâce à l'adsorption et à la désorption, l'objectif de séparation ou de purification des différents composants du fluide peut être atteint.
Le composant principal du système de production d’oxygène est le tamis moléculaire. À l’heure actuelle, l’adsorbant couramment utilisé pour les équipements de production d’oxygène à tamis moléculaire médical de petite et moyenne taille est le ZMS. Le ZMS est une particule blanche constituée de zéolite comme matière première principale et traitée par un traitement spécial. C'est un adsorbant semi-permanent. Faites attention à l'imperméabilisation lors de l'utilisation, sinon elle perdra son effet d'adsorption. L'adsorbant couramment utilisé pour la production d'oxygène PSA est le ZMS synthétique, parmi lequel les molécules de zéolite avec une taille de pores de 5A sont couramment utilisées, qui est un adsorbant polaire composé de cations et de squelettes d'oxyde d'aluminium et de silicium chargés négativement.
Bien que l’oxygène et l’azote soient des substances non polaires, ils produiront des dipôles induits sous l’influence des tamis moléculaires zéolitiques. Il existe une attraction (force inductive) entre le dipôle induit et le dipôle inhérent des molécules polaires. La force inductive de l’azote étant supérieure à celle de l’oxygène, le tamis moléculaire adsorbe beaucoup plus d’azote que d’oxygène. Lorsque l'air traverse le tamis moléculaire zéolitique, l'azote est préférentiellement adsorbé par le tamis moléculaire et enrichi dans ses micropores, tandis que seule une petite quantité d'oxygène est adsorbée et la majeure partie passe à travers le tamis moléculaire pour devenir un gaz produit. L'oxygène est ensuite filtré à travers le filtre à poussière et le filtre de stérilisation pour obtenir de l'oxygène médical qualifié. Afin d'obtenir de l'oxygène médical continu et stable, l'équipement de production d'oxygène par adsorption modulée en pression est équipé de deux tours d'adsorption pour produire de l'oxygène en alternance. Lorsque l’un absorbe et produit de l’oxygène, l’autre adsorbeur est en état de régénération. Les autres gaz composants évacués par la régénération sont réduits au silence et évacués vers l'extérieur par le silencieux.
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