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Produzione di azoto con i generatori a membrana

Industrial Gases Compressed Air Wiki Nitrogen

La produzione in proprio di azoto assicura un controllo totale della fornitura di N2, e può essere un'opzione praticabile dalle aziende che necessitano di azoto con regolarità. Oltre all'installazione di un grande impianto criogenico di scissione dell'aria, vi sono due modi di produrre in proprio l'azoto, vale a dire tramite i generatori PSA e quelli a membrana. Questo articolo illustra il funzionamento, i vantaggi e gli svantaggi dei generatori di azoto a membrana.

Come funziona la tecnologia a membrana?

I generatori di azoto a membrana si basano su un principio di funzionamento semplice. La parte principale di tali generatori è costituita dal modulo a membrana (del diametro di circa 10 cm), riempito con piccole fibre polimeriche cave. Nel modulo viene immessa inizialmente aria compressa asciutta e pulita, parte della quale fuoriesce dalle fibre a causa della loro struttura. Durante questo processo, detto permeazione, l'acqua, l'ossigeno e parte dell'argon fuoriescono attraverso il lato delle fibre rivolto verso la membrana. In ultimo rimane soltanto l'azoto.

Tale processo è reso possibile dalla diversa velocità di permeazione delle varie molecole; l'H2O permea il modulo molto rapidamente, mentre all'ossigeno occorre un po' più di tempo. L'argon e l'azoto permeano il modulo piuttosto lentamente, quindi rimangono nelle fibre a lungo dopo la fuoriuscita di H2O e ossigeno (fuoriesce anche parte dell'argon, ma sarebbe inefficiente rimuoverlo completamente dal flusso di aria). Scopri qui ulteriori informazioni sulla purezza dell'azoto.

A causa della permeazione attraverso la parete delle fibre, nell'alloggiamento della membrana si creerebbe una sovrapressione. Le fibre si ostruirebbero e l'efficienza di permeazione si ridurrebbe notevolmente. Per evitare che ciò accada, nell'alloggiamento è presente un'apertura, lo sfiato del permeato, attraverso la quale tali gas "di scarico" (compresi H2O, ossigeno e argon) possono sfuggire.

Purezza dell'azoto e requisiti sull'aria in ingresso

È molto importante che l'aria in ingresso nella membrana sia pulita e secca. In caso contrario le fibre, poco profonde, si ostruiscono rapidamente. Per evitare che ciò accada, occorre predisporre un trattamento corretto dell'aria di alimentazione. In alcuni casi i filtri e gli essiccatori necessari sono già integrati nel generatore stesso, e non occorre pertanto installare alcun filtro aggiuntivo fra il compressore e il generatore.

Le fibre della membrana sono in grado di gestire il vapore acqueo senza grandi problemi. È tuttavia molto importante che l'aria non contenga acqua liquida, poiché ciò ha un impatto negativo sulla membrana. Occorre pertanto installare a monte del generatore una buona soluzione di separazione dell'acqua, come un essiccatore a refrigerazione. Prestando attenzione all'aria in ingresso nel generatore, si protegge la membrana e si garantisce una lunga durata. Esamina di seguito un'installazione tipica.

Scelta fra generatori a membrana e PSA

Poiché il fattore dell'aria è generalmente inferiore nei generatori PSA, il che si traduce in costi di esercizio inferiori, la scelta fra i due tipi può sembrare semplice. I generatori a membrana offrono tuttavia alcuni vantaggi di rilievo. Il primo consiste nella maggiore semplicità del loro principio di funzionamento, che influisce sui costi di manutenzione e si traduce in un minore ingombro dell'installazione. I generatori a membrana si avviano inoltre più rapidamente e sono molto più silenziosi di quelli PSA, che comportano tipicamente rumori di scarico alla fine di ogni ciclo. Quest'ultimo vantaggio rende i generatori di azoto a membrana più indicati per i luoghi in cui il personale al lavoro è numeroso. Per selezionare il tipo di generatore giusto, è necessario esaminare l'applicazione per cui verrà utilizzato, ed effettuare la scelta tenendo conto del complesso dei vantaggi (e degli svantaggi).

 

MEMBRANA

PSA

PUREZZA OTTENIBILE

IN MODO EFFICIENTE FINO AL 99,9%

IN MODO EFFICIENTE FINO AL 99,999%

EFFICIENZA

ALTA

SUPERIORE

PRESTAZIONI IN FUNZIONE DELLA TEMP.

SUPERIORI AD ALTA TEMP.*

INFERIORI AD ALTA TEMP.

COMPLESSITÀ DEL SISTEMA

BASSO

MEDIO

INTENSITÀ DI MANUTENZIONE

MOLTO BASSO

BASSO

STABILITÀ DELLA PRESSIONE

STABILE

INGRESSO/USCITA FLUTTUANTE

STABILITÀ DEL FLUSSO

STABILE

INGRESSO/USCITA FLUTTUANTE

VELOCITÀ DI AVVIAMENTO

SECONDI

MINUTI/ORE**

SENSIBILITÀ ALL'ACQUA (VAPORE)

ASSENZA DI ACQUA LIQUIDA

PDP MAX. 8 °C (IN GENERALE)

SENSIBILITÀ ALL'OLIO

NON CONSENTITO (< 0,01 mg/m³)

NON CONSENTITO (< 0,01 mg/m³)

LIVELLO DI RUMORE

MOLTO BASSO

ALTO (picchi al rilascio)

PESO

BASSO

MEDIO

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