در سالهای اخیر، با توسعه فناوری فرآیند و گسترش مستمر میدانهای کاربرد گاز، به ویژه بهبود مستمر کیفیت و کمیت مورد نیاز اکسیژن، نیتروژن و نیتروژن، بسیاری از شرکتها سرمایهگذاری خود را در تحقیقات و کاربردهای فناوری افزایش دادهاند. نسبت تولید گاز در بازار گاز را به شدت افزایش داد و پس از جداسازی هوای برودتی، به یکی دیگر از فناوری های قدرتمند جداسازی هوا تبدیل شد. اگرچه فناوری تولید اکسیژن سابقه چندین ساله دارد، اما همچنان نیاز به توسعه بیشتر دارد زیرا مسیر جدیدی را در زمینه تولید اکسیژن باز کرده و منحصر به فرد است. بهره گیری از دستاوردهای جدید علم روز، بررسی مکانیسم فرآیند جداسازی جذب و طراحی دقیق و بهینه سازی پارامترها جهت و محور توسعه این فناوری خواهد بود.
مفهوم جداسازی جذب
فرآیند جداسازی جذب شامل دو مرحله است: جذب و دفع سیال. در اوایل سال 1990، ... مفهوم "جذب" را مطرح کرد و جذب نوسان فشار به جذب فیزیکی تعلق داشت. جذب فیزیکی یک پدیده سطحی است. در ناحیه دو فازی، سیال و جامد متخلخل با یکدیگر ترکیب می شوند. یک نیروی بین مولکولی بین دو فاز وجود دارد که باعث می شود مولکول های سیال روی سطح جامد متخلخل تجمع یافته و متمرکز شوند. برای سیالات چند جزئی، تفاوت هایی در نیروها بین هر جزء و جامد متخلخل وجود دارد، بنابراین جذب انتخابی رخ می دهد. تحت شرایط خاص، اجزای جذب شده روی سطح فاز جامد از سطح مشترک خارج شده و به فاز سیال باز می گردند. این فرآیند، فرآیند معکوس جذب است که به آن دفع یا دفع میگویند.
از طریق جذب و دفع، جداسازی اجزا و بازسازی فاز جامد حاصل می شود، در نتیجه جداسازی و خالص سازی سیالات مخلوط محقق می شود. مواد متخلخل فاز جامد را جاذب و سیال جذب شده را جاذب می نامند. هنگامی که سیال جذب می شود، فاصله بین مولکول ها کاهش می یابد، انرژی جنبشی مولکولی کاهش می یابد و گرما آزاد می شود. در مقابل، در طول دفع، انرژی جنبشی مولکولی افزایش مییابد و برای حذف مولکولهای جذب شده جذب شده روی سطح، جذب گرما لازم است.
اصل تولید اکسیژن با جذب نوسانی فشار
جداسازی جذبی گاز مخلوط با فشار کامل می شود و اجزای گاز جذب شده تحت شرایط فشار کاهش یافته واجذب می شوند تا به جدایی بین اجزای گاز مخلوط و بازسازی جاذب برسند. ایزوترم تعادل جذب اجزای سیال، وقتی دما ثابت است، مقدار جذب گاز مخلوط روی جاذب با افزایش فشار جزئی جزء افزایش مییابد.
با فرض ثابت ماندن دمای ظرف جذب در حین جذب و دفع، با تغییر فشار جزئی جزء سیال، مقدار جذب سیال روی جاذب فاز جامد در امتداد ایزوترم جذب تغییر می کند، نقطه کار بین نقاط است. و تفاوت بین مقادیر جذب این دو نقطه، میزان جداسازی اجزای چرخه جذب فشار-نوسان همدما است. با این حال، در فرآیند جداسازی جذب نوسان فشار واقعی، فرآیند جذب گرما را آزاد میکند و فرآیند دفع گرما را جذب میکند. دمای بستر جذب تغییر می کند و بر وقوع فرآیند جذب تأثیر می گذارد. همانطور که جذب ادامه می یابد، فرآیند جذب واقعی نوسان فشار بین دو نقطه و مقدار جداسازی اجزای جذب نوسان فشار واقعی انجام می شود.
افزایش تفاوت در میزان جذب اجزای گاز روی جاذب در طول فرآیندهای جذب و دفع به بهبود اثر جداسازی کمک می کند. جاذب انتخاب شده علاوه بر داشتن اختلاف گزینش پذیری زیاد برای هر جزء، باید تغییر قابل توجهی در شیب ایزوترم جذب نیز داشته باشد و تغییر فشار باید تا حد امکان افزایش یابد تا مقدار تغییر جذب جزء افزایش یابد. مقدار تولید اکسیژن از هوا به عنوان گاز خام و از غربالهای مولکولی زئولیت به عنوان جاذب فاز جامد استفاده میکند. مکانیسم جداسازی متعلق به نوع جداسازی تعادلی است، یعنی تفاوت در نیروی بین مولکولی بین مولکول های نیتروژن و اکسیژن در هوا در منافذ غربال مولکولی به طور کامل برای دستیابی به تولید اکسیژن جداسازی هوا مورد استفاده قرار می گیرد.
گشتاور دوقطبی مولکول نیتروژن برابر است، ممان دوقطبی مولکول اکسیژن و قابلیت قطبش پذیری نیتروژن بزرگتر است، بنابراین برهمکنش بین نیتروژن و کاتیون ها و سطوح قطبی در زئولیت قوی تر از بین نیتروژن و اکسیژن است. بنابراین، غربال های مولکولی زئولیت می توانند به طور انتخابی نیتروژن را جذب کنند. با استفاده از خاصیت غربالهای مولکولی زئولیت برای جذب ترجیحی نیتروژن در فشارهای متوسط و پایین، هدف از جداسازی نیتروژن و اکسیژن هوا از طریق عملیات افزایش فشار حاصل میشود و سپس فشار کاهش مییابد تا نیتروژن جذب شده در فاز جامد دفع شود. غربال های مولکولی، به طوری که الک های مولکولی فاز جامد را می توان بازیافت کرد.
