Dušik: kaj je in kje se uporablja?
21 april, 2022
Dušik je vse okoli nas. Je največja komponenta zraka, ki ga dihamo, vendar ga ne uporabljamo. V tem članku si bomo ogledali nekatere od številnih stvari, za katere ga lahko uporabimo.
Ustvarjanje dušika s tehnologijo adsorpcije tlačnega nihanja (PSA)
Gas generation Membranski generator dušika Technologies Enciklopedija o stisnjenem zraku Dušik Pressure swing adsorption PSA nitrogen Osnovna teorija
Zmožnost ustvarjanja lastnega dušika pomeni, da imate popoln nadzor nad oskrbo z N2. To bi lahko koristilo številnim podjetjem, ki vsak dan potrebujejo dušik. Kaj to pomeni za vaše podjetje? Pri lastni proizvodnji dušika se za oskrbo ni treba zanašati na tretje osebe, zato odpadejo stroški obdelave, ponovnega polnjenja in dostave. Eden od načinov za ustvarjanje dušika je z adsorpcijo tlačnega nihanja.
Kako deluje adsorpcija tlačnega nihanja?
Pri proizvodnji lastnega dušika je pomembno, da poznate in razumete raven čistosti, ki jo želite doseči. Nekatere aplikacije zahtevajo nizke ravni čistosti (med 90 in 99 %), kot sta polnjenje pnevmatik in preprečevanje požarov, medtem ko druge, kot so aplikacije v industriji živil in pijač ali oblikovanje plastike, zahtevajo visoke ravni (od 97 do 99,999 %). V teh primerih je tehnologija PSA idealen in najlažji način. V bistvu generatorji dušika delujejo tako, da ločujejo molekule dušika od molekul kisika v komprimiranem zraku. Adsorpcija s tlačnim nihanjem to naredi tako, da s pomočjo adsorpcije zajame kisik iz toka komprimiranega zraka. Adsorpcija se zgodi, ko se molekule vežejo na adsorbent, v tem primeru se molekule kisika vežejo na ogljikovo molekularno sito (CMS). To se zgodi v dveh ločenih tlačnih posodah, vsaka napolnjena s CMS, ki preklapljajo med postopkom ločevanja in postopkom regeneracije. Zaenkrat jih imenujemo stolp A in stolp B. Za začetek čisti in suhi komprimirani zrak vstopa v stolp A in ker so molekule kisika manjše od molekul dušika, vstopijo v pore ogljikovega sita. Molekule dušika pa se ne morejo prilegati v pore, zato obidejo ogljikovo molekularno sito. Posledično dobite dušik želene čistosti. Ta faza se imenuje faza adsorpcije ali faza ločevanja. Vendar to še ni vse. Večina dušika, proizvedenega v stolpu A, zapusti sistem (pripravljen za neposredno uporabo ali shranjevanje), majhen del proizvedenega dušika pa teče v stolp B v nasprotni smeri (od zgoraj navzdol).
Ta pretok je potreben za iztiskanje kisika, ki je bil ujet v prejšnji fazi adsorpcije stolpa B. S sprostitvijo tlaka v stolpu B molekularna sita ogljika izgubijo sposobnost zadrževanja molekul kisika. Ti se bodo ločili od sita in jih bo majhen pretok dušika, ki prihaja iz stolpa A, odnesel skozi izpuh. S tem sistem naredi prostor za nove molekule kisika, ki se bodo v naslednji fazi adsorpcije pritrdile na sita. Ta postopek imenujemo »čiščenje« regeneracije stolpa, nasičenega s kisikom.
Kaj je nastajanje plina z adsorpcijskim nihanjem tlaka
PSA pomeni adsorpcijo nihanja tlaka. Gre za tehnologijo, ki se lahko uporablja za ustvarjanje dušika ali kisika za profesionalne namene.
Najprej je rezervoar A v fazi adsorpcije, medtem ko se rezervoar B regenerira. V drugi stopnji obe posodi izenačita tlak, da se pripravita na preklop. Po preklopu se začne regeneracija rezervoarja A, medtem ko rezervoar B proizvaja dušik.
Na tej točki se tlak v obeh stolpih izenači in spremenijo faze iz adsorpcije v regeneracijo in obratno. Sistem CMS v stolpu A se bo nasičil, medtem ko bo stolp B zaradi razbremenitve tlaka lahko ponovno zagnal postopek adsorpcije. Ta postopek se imenuje tudi »nihanje tlaka« , kar pomeni, da omogoča zajemanje določenih plinov pri višjem tlaku in sproščanje pri nižjem tlaku. Sistem PSA z dvema stolpoma omogoča neprekinjeno proizvodnjo dušika z želeno stopnjo čistosti.
Čistost dušika in zahteve za vsesani zrak
Pomembno je razumeti raven čistosti, ki je potrebna za vsako uporabo, da lahko namensko ustvarite lasten dušik. Kljub temu obstajajo nekatere splošne zahteve glede vsesanega zraka. Komprimirani zrak mora biti čist in suh, preden vstopi v generatorje dušika, saj to pozitivno vpliva na kakovost dušika in preprečuje poškodbe sistema CMS zaradi vlage. Poleg tega je treba temperaturo in tlak dovoda nadzorovati med 10 in 25 stopinjami C, tlak pa ohranjati med 4 in 13 bari. Za pravilno obdelavo zraka mora biti med kompresorjem in generatorjem nameščen sušilnik. Če sesalni zrak ustvarja kompresor, ki se maže z oljem, morate namestiti tudi koalescenčni filter za olje in ogljikov filter, da odstranite morebitne nečistoče, preden komprimirani zrak doseže generatorje dušika. V večini generatorjev so nameščeni senzorji za tlak, temperaturo in tlačno rosišče, ki delujejo kot varnostni mehanizem in preprečujejo vstop onesnaženega zraka v sistem PSA ter poškodbe njegovih komponent.
Tipična namestitev: kompresor, sušilnik, filtri, rezervoar za zrak, generatorji dušika, rezervoar za dušik. Dušik se lahko porabi neposredno iz generatorja ali prek dodatnega zalogovnika (ni prikazan).
Drug pomemben vidik pri generiranju dušika PSA je zračni faktor. Je eden najpomembnejših parametrov v sistemu z generatorji dušika, saj določa, kolikšen komprimiran zrak je potreben za določen pretok dušika. Zračni faktor torej označuje učinkovitost generatorja, kar pomeni, da nižji zračni faktor pomeni višjo učinkovitost in seveda nižje skupne stroške obratovanja.
Izbira med PSA in membranskim generatorjem
|
PSA |
MEMBRANA |
DOSEGLJIVA ČISTOST |
UČINKOVITO DO 99,999 % |
UČINKOVITO DO 99,9 % |
UČINKOVITOST |
VIŠJA |
VISOKA |
UČINKOVITOST GLEDE NA TEMP. |
NIŽJA PRI VISOKI TEMP. |
VISOKA PRI VISOKI TEMP. |
KOMPLEKSNOST SISTEMA |
SREDNJA |
NIZKA |
INTENZIVNOST STORITEV |
NIZKA |
ZELO NIZKA |
TLAČNA STABILNOST |
NIHANJE NA VHODU/IZHODU |
STABILNO |
STABILNOST PRETOKA |
NIHANJE NA VHODU/IZHODU |
STABILNO |
ZAČETNA HITROST |
MINUTE/URE |
SEKUNDE |
OBČUTLJIVOST NA VODO (PARO) |
PDP MAX 8°C |
BREZ TEKOČE VODE |
OBČUTLJIVOST NA OLJE |
NI DOVOLJENO (< 0,01 mg/m³) |
NI DOVOLJENO (< 0,01 mg/m³) |
RAVEN HRUPA |
HIGH (vrhovi izpihovanja) |
ZELO NIZKA |
TEŽA |
SREDNJA |
NIZKA |