Trycksvängningsabsorption (Pressure Swing Adsorption (PSA)): Separation av syre/Kväve från luft

• Trycksvängningsabsorption (PSA) teknologi används för att separera olika gaser från luft. Atmosfärisk luft består av flera komponenter, inklusive syre, kväve, argon och sällsynta gaser.
• PSA-teknologi möjliggör separationen av syre och kväve, vilka har olika industriella tillämpningar.

Teknikens Funktion

• Trycksvängning:

  • Högt tryck (5 till 10 bar) appliceras för att separera syre från luft.
  • Processen innefattar två tankar som alternerar mellan tryck och tryckutjämning.

• Adsorption:

  • Zeolit används som adsorbent (absorbent) för att absorbera kväve och separera syre från luften.
  • Zeolit har mikroporer som absorberar kväve på molekylär nivå.

  Om Zeolit:

  • Zeolit är en naturligt förekommande eller industriellt producerad mineral som består huvudsakligen av aluminium- och kiselbaserade föreningar.
  • Det används som en adsorbent och torkmedel i olika applikationer, inklusive luft- och vattenrenare samt i tvättmedel.
  • Zeolit har en unik struktur med en hög ytarea och många mikroporer, vilket gör det effektivt för att absorbera och separera gaser vid molekylär nivå.

Arbetsprocess

• Trycksvängning:

  • Två trycktankar används.
  • Medan en tank trycks, avtrycks den andra för att möjliggöra kontinuerlig produktion av syre.

• Adsorption:

  • Zeolit absorberar kväve från den pressade luften, vilket gör att syre kan separeras.
  • Den absorberade kvävet frigörs senare eller används för andra ändamål, såsom:
    • Livsmedelsförpackning: Kväve används för att förhindra oxidation och förlänga hållbarheten för livsmedel.
    • Elektronikindustrin: Kväve används för att skapa inert atmosfär under lödning av kretskort för att förhindra oxidation.
    • Kemisk industri: Kväve används som en inert gas vid olika kemiska processer.
    • Kylning: Kväve används som ett kylmedel för att kyla ner material och maskiner, särskilt inom tillverknings- och livsmedelsindustrin där låga temperaturer är avgörande för produktkvalitet och säkerhet.
      
      • Genom att utnyttja kväve för kylning i olika industriella processer möjliggör PSA-teknologin inte bara produktion av syre utan också användning av kväve för att uppfylla en rad olika behov inom industri och teknik.

• Hur syre och kväve lämnar processen:

  • När den första tanken är full av tryckat syre, släpps syret ut genom en utlopp.
  • Under tiden när den första tanken absorberar kväve, minskar trycket gradvis och den absorberade kvävet släpps ut genom ett avgasutlopp.
  • När den första tanken är fullständigt uttömd på kväve, stängs inloppet och utloppet öppnas för att släppa ut det separerade syret.
  • Trycket i den andra tanken ökar gradvis när komprimerad luft fylls på, och processen upprepas kontinuerligt för att säkerställa en oavbruten produktion av syre.

• Elektronisk Kontroll:

  • Hela cykeln kontrolleras elektroniskt för att säkerställa kontinuerlig produktion av syre med hög renhet och stabilitet.

Tillämpningar

• PSA-teknologi används inom olika industriella sektorer såsom tillverkning, kemisk industri, livsmedelsförpackning, vattenrening och hälsovård.
• Det erbjuder en kostnadseffektiv metod för syreproduktion med hög renhet (90-95%).

Fördelar

• Garanterar en oavbruten tillförsel av syre med hög renhet.
• Ger det bästa industriella priset för syre.
• Kan producera syre med justerbar renhet, vilket är idealiskt för hälsovårdsindustrin.
• Trycksvängningsabsorptionsteknologi är en avancerad metod för att säkerställa en tillförlitlig och effektiv tillverkning av syre för olika industriella och medicinska ändamål, med zeolit spelar en viktig roll som adsorbent (absorbent) i processen.

Frågor

• Vad är syftet med pressure swing absorption (PSA) teknologi?
  • Syftet med PSA-teknologi är att separera olika gaser från luft.
• Vilka är de huvudsakliga komponenterna i luft och deras procentandelar?
  • De huvudsakliga komponenterna i luft är syre (21%), kväve (78%), argon (0,9%) och sällsynta gaser (0,1%).
• Vad används syre och kväve som separeras med PSA-teknologi till?
  • Syre och kväve som separeras med PSA-teknologi används till olika industriella applikationer såsom tillverkning och skärning, kemisk tillverkning, livsmedelsförpackning, avloppsrening och hälsovårdsindustrin.
• Hur fungerar adsorption inom PSA-teknologi och vilket material används som adsorbent?
  • Inom PSA-teknologi absorberas oönskade gaser av adsorbenten. Zeolit används som adsorbent, vilket har mikroporer som absorberar kväve från luften.
• Vad är syftet med att använda två trycktankar i PSA-processen?
  • Syftet med att använda två trycktankar är att en tank pressas medan den andra släpper ut gas, vilket möjliggör kontinuerlig produktion av syre.
• Hur kontrolleras processen inom PSA-teknologi för att säkerställa kontinuerlig produktion av syre?
  • Processen kontrolleras elektroniskt så att när trycket i en tank minskar, ökar trycket i den andra tanken och vice versa, vilket garanterar kontinuerlig flöde av syre.
• Vilka fördelar erbjuder PSA-teknologi för produktion av syre?
  • PSA-teknologi erbjuder kostnadseffektiv produktion av syre med bästa industripriset och oavbruten tillförsel av syre. Dessutom kan teknologin producera syre med en justerbar renhet mellan 90 och 95 procent, vilket är idealiskt för hälsovårdsindustrin.

Quiz

Matematiska Principer

Vilken formel används för att beräkna trycket (P) i en gas, givet volymen (V) och temperaturen (T)?

• A. P = (n • R • T) ÷ V
• B. P = (R • T) ÷ (n • V)
• C. P = (n • V) ÷ (R • T)
• D. P = (n • V) ÷ T
  • Svar: A. (Korrekt)
  • För att beräkna trycket i en gas används den allmänna gaslagen, där P är trycket, n är antalet mol, R är den allmänna gaslagen konstant, T är temperaturen i Kelvin, och V är volymen. Således, för att beräkna trycket (P) i en gas, divideras produkten av antalet mol, den allmänna gaslagen konstanten, och temperaturen i Kelvin med volymen.

Teknisk Terminologi

Vilket av följande alternativ bäst definierar begreppet “adsorption”?

• A. Processen där gasmolekyler tränger in i en fast yta och binder till den
• B. Processen där en gas avges från en fast yta
• C. Processen där gasmolekyler blandas jämnt i en vätska
• D. Processen där gasmolekyler konverteras till en fast form
  • Svar: A.
  • Adsorption är processen där gasmolekyler tränger in i en fast yta och binder till den.

Kemi och Materialvetenskap

Vilket material används främst som adsorbent i Pressure Swing Adsorption (PSA) processen?

• A. Aktivt kol
• B. Zeolit
• C. Silica gel
• D. Molekylär sil
  • Svar: B.
  • Zeolit används främst som adsorbent i PSA-processen för att separera syre från kvävgas.

Industriella Tillämpningar

Vilken industri använder oftast syre som produceras genom PSA-tekniken?

• A. Jordbruksindustrin
• B. Bioteknikindustrin
• C. Stålindustrin
• D. Modeindustrin
  • Svar: C.
  • Stålindustrin använder oftast syre som produceras genom PSA-tekniken för att underlätta förbränningen vid ståltillverkningsprocesser.

Processkontroll

Vilken av följande påståenden är sant om hur trycket regleras i en PSA-process?

• A. Trycket regleras genom att ändra volymen på gasen
• B. Trycket regleras genom att ändra antalet adsorberade gasmolekyler
• C. Trycket regleras genom att ändra temperaturen på gasen
• D. Trycket regleras genom att ändra volymen på adsorbenten
  • Svar: D.
  • Trycket i en PSA-process regleras genom att ändra volymen på adsorbenten, vilket påverkar mängden adsorberad gas.

Materialvetenskap

Vilken typ av material används oftast för att tillverka zeolit, som är en viktig komponent i PSA-teknologin?

• A. Polymerer
• B. Metaller
• C. Keramer
• D. Kristallina mineraler
  • Svar: D.
  • Zeolit tillverkas vanligtvis från kristallina mineraler som innehåller aluminium och silikatföreningar.

Miljökonsekvenser

Vilken potentiell miljökonsekvens kan vara förknippad med PSA-teknologin om adsorbenten inte hanteras korrekt?

• A. Markförorening genom kemisk nedbrytning av adsorbenten
• B. Luftförorening genom frigivning av adsorberade gaser
• C. Vattenförorening genom läckage av adsorbenten i vattendrag
• D. Kemisk reaktion med atmosfäriska gaser som kan orsaka ozonnedbrytning
  • Svar: A.
  • Om adsorbenten inte hanteras korrekt kan det leda till markförorening genom kemisk nedbrytning av adsorbenten.

Energianvändning

Vilken av följande faktorer påverkar primärt energiförbrukningen i en PSA-anläggning?

• A. Trycket i processen
• B. Antalet adsorberade gasmolekyler
• C. Mängden syre som produceras
• D. Elektronisk styrning av processen
  • Svar: A.
  • Primärt påverkas energiförbrukningen i en PSA-anläggning av trycket i processen.

Hälsoeffekter

Vilken av följande industriella applikationer använder syre från PSA-teknologin för att behandla medicinska tillstånd hos människor?

• A. Tillverkning av kemikalier
• B. Stålproduktion
• C. Avloppsrening
• D. Andningsterapi
  • Svar: D.
  • Syre från PSA-teknologin används för andningsterapi för att behandla medicinska tillstånd hos människor.