الغربال الجزيئي للكربون ، كمكون أساسي لـ مولد النيتروجين PSA ، هي مادة امتصاص مع بنية microporous. تم تصميم حجم وشكل هذه micropores بعناية لتشمل جزيئات امتصاص بشكل انتقائي من الحجم والقطبية المحددة. في مولد النيتروجين PSA ، تتمثل المهمة الرئيسية في غربال الكربون الجزيئي في فصل الأكسجين والنيتروجين في الهواء.
هناك فروق ذات دلالة إحصائية في حجم ونشر جزيئات الأكسجين والنيتروجين في الهواء. جزيئات الأكسجين (O₂) أصغر ، بقطر حوالي 0.346 نانومتر ومعدل انتشار أعلى ؛ في حين أن جزيئات النيتروجين (N₂) أكبر ، بقطر حوالي 0.364 نانومتر ومعدل انتشار منخفض نسبيا. عندما يمر الهواء من خلال المناخل الجزيئية الكربونية ، تصبح هذه الاختلافات مفتاح الانفصال.
تحت الضغط ، يمكن أن تدخل جزيئات الأكسجين في الهواء إلى micropores من المناخل الجزيئية الكربونية بشكل أسرع بسبب قطرها الأصغر وارتفاع معدل الانتشار. تحتوي هذه الميكروبورات على قوة امتصاص قوية على جزيئات الأكسجين ، بحيث يتم امتصاص جزيئات الأكسجين بحزم على السطح وداخل المناخل الجزيئية الكربونية. في الوقت نفسه ، ليس من السهل دخول جزيئات النيتروجين إلى micropores من المناخل الجزيئية للكربون بسبب قطرها الكبير وانخفاض معدل الانتشار ، لذلك يتم تخصيبها في مرحلة الغاز.
مع استمرار عملية الامتزاز ، يزداد تركيز جزيئات الأكسجين في الغربال الجزيئي للكربون تدريجياً ، بينما يتم استبعاد جزيئات النيتروجين تدريجياً من مرحلة الغاز. عندما يصل الامتزاز إلى التشبع ، يمكن أن يتم امتصاص جزيئات الأكسجين الممتصة من الغربال الجزيئي للكربون عن طريق تقليل الضغط أو إدخال الغاز الخامل لتطهيره ، وبالتالي تحقيق تجديد الغربال الجزيئي للكربون. هذه العملية دورية ، ويمكن إنتاج النيتروجين بشكل مستمر من الهواء.
استنادًا إلى أداء الامتزاز والتأثير الحركي للخروج الجزيئية للكربون ، تحقق مولدات النيتروجين PSA فصلًا فعالًا للأوكسجين والنيتروجين في الهواء. يمكن تلخيص مبدأ العمل على النحو التالي:
امتصاص الضغط: يدخل الهواء برج امتصاص مولد النيتروجين PSA ويمر عبر طبقة غربال الكربون الجزيئي تحت الضغط. في هذا الوقت ، يتم امتصاص جزيئات الأكسجين بواسطة الغربال الجزيئي للكربون ، بينما يتم تخصيب جزيئات النيتروجين في مرحلة الغاز.
تقليل الضغط المعادل: عندما تصل جزيئات الأكسجين في برج الامتزاز إلى تشبع ، يتم تقليل الضغط في برج الامتزاز تدريجياً عن طريق ضبط الصمام. تساعد هذه العملية على تقليل استهلاك الطاقة وتحسين نقاء النيتروجين.
التجديد العكسي: مع تقليل الضغط ، يتم إدخال غاز خامل (مثل النيتروجين نفسه) لتطهيره ، بحيث يتم امتصاص جزيئات الأكسجين الممتصة من الغربال الجزيئي للكربون. تحقق هذه العملية تجديد الغربال الجزيئي للكربون ويستعد للجولة التالية من عملية الامتزاز.
التدفق والتعزيز: بعد التجديد العكسي ، تتم إزالة الغاز المتبقي في برج الامتزاز بشكل أكبر من خلال خطوة التدفق ، ويتم استخدام خطوة التعزيز للتحضير للجولة التالية من عملية الامتزاز.
من خلال دورة الخطوات المذكورة أعلاه ، يمكن لمولد النيتروجين PSA إنتاج النيتروجين باستمرار من الهواء. هذه العملية ليست فعالة وتوفير الطاقة فحسب ، بل هي أيضًا صديقة للبيئة وخالية من التلوث. بالمقارنة مع إنتاج النيتروجين التقليدي المبرد أو الكيميائي ، فإن مولد النيتروجين PSA له مزايا كبيرة في الأداء:
الكفاءة العالية وتوفير الطاقة: يتمتع مولد النيتروجين PSA بانخفاض استهلاك الطاقة وتكاليف التشغيل المنخفضة نسبيًا.
صديقة للبيئة وخالية من التلوث: لا تتطلب عملية إنتاج النيتروجين بأكملها استخدام الكواشف الكيميائية أو توليد النفايات الخطرة ، وهي صديقة للبيئة.
سهل التشغيل: تستخدم مولدات النيتروجين الحديثة PSA عادة التحكم في برنامج الحواسيب الدقيقة أو التحكم في برنامج PLC ، مما يدرك التشغيل الآلي بالكامل ويقلل من صعوبة التشغيل وكثافة العمالة.
مجموعة واسعة من التطبيقات: يمكن لمولدات النيتروجين PSA ضبط نقاء النيتروجين والتدفق وفقًا للاحتياجات الفعلية ، وهي مناسبة لمجموعة متنوعة من الحقول الصناعية وسيناريوهات التطبيق .
