Processo de adsorção e dessorção de peneira molecular de carbono

I. Processo de Adsorção: "Captura de Oxigênio" sob Pressão

A adsorção é a etapa em que peneiras moleculares de carbono O processo de adsorção em torre única consiste em "capturar" gases impuros e enriquecer o nitrogênio, tendo a pressão como principal força motriz. As aplicações industriais geralmente adotam um modo de alternância de torre dupla para garantir a produção contínua de gás, e o processo de adsorção em torre única pode ser dividido em três etapas:

1. Pré-tratamento da ração: Purificação do ar "matéria-prima"

O ar não é uma substância pura; contém impurezas como óleo, água e poeira, que podem obstruir os microporos das peneiras moleculares de carbono e reduzir sua vida útil. Portanto, o ar comprimido passa primeiro por um sistema de pré-tratamento — um removedor de óleo para eliminar manchas de óleo, um secador para remover a umidade e um filtro para reter a poeira — obtendo-se, finalmente, ar comprimido limpo e seco com pressão elevada para 6-8 bar, pronto para a adsorção.

2. Adsorção Seletiva: "Triagem" Precisa de Oxigênio e Nitrogênio

Após entrar na torre de adsorção, o ar comprimido limpo, sob pressão, permite que pequenas moléculas como oxigênio, dióxido de carbono e vapor de água residual se difundam rapidamente nos microporos da peneira molecular de carbono e sejam firmemente adsorvidas nas paredes dos poros. Em contraste, as moléculas de nitrogênio, devido à sua lenta taxa de difusão e fraca interação com os microporos, são pouco adsorvidas. Elas fluem para cima ao longo da camada do leito e são finalmente descarregadas do topo da torre como nitrogênio com pureza de 99,9% a 99,999%, que é coletado e armazenado.

3. Saturação de Adsorção: O "Estado Crítico" Antes da Mudança

À medida que a adsorção prossegue, os microporos da peneira molecular de carbono são gradualmente preenchidos com impurezas, como moléculas de oxigênio, e a capacidade de adsorção atinge a saturação. Esse processo geralmente leva apenas cerca de 1 minuto. Nesse momento, a pressão dentro da torre é mantida na pressão de adsorção e o sistema aciona automaticamente um comando de comutação para preparar a próxima etapa de dessorção e regeneração.

II. Processo de Dessorção: "Ritual de Regeneração" Após a Despressurização

A dessorção (também conhecida como desorção) é uma etapa fundamental para que as peneiras moleculares de carbono liberem impurezas adsorvidas e restaurem sua capacidade de adsorção, com a lógica central de "quebrar o equilíbrio de adsorção por despressurização". Da mesma forma, tomando como exemplo uma única torre, o processo de dessorção é dividido em quatro etapas para garantir uma regeneração completa:

1. Equalização e despressurização de pressão: uma "ligação de transição" para a reciclagem de energia

A torre saturada com adsorção interrompe a entrada de ar e é brevemente conectada (por cerca de 10 a 30 segundos) a outra torre, ao final da dessorção, com pressão mais baixa, para alcançar a equalização de pressão. Essa etapa não só reduz rapidamente a pressão da torre saturada, como também recupera parte da energia de pressão para aumentar a pressão da outra torre, equilibrando eficiência e conservação de energia.

2. Dessorção e Exaustão: O "Canal de Liberação" para Impurezas

Após a equalização da pressão, a torre saturada é conectada à atmosfera através de uma válvula de exaustão, e a pressão cai abruptamente para um valor próximo ao da pressão atmosférica. Nesse ponto, o equilíbrio de adsorção dentro dos microporos da peneira molecular de carbono é rompido, e as impurezas previamente adsorvidas, como oxigênio, dióxido de carbono e vapor de água, dessorvem das paredes dos poros e são expelidas da torre com o fluxo de ar (o gás de exaustão é composto principalmente de oxigênio e pode ser emitido diretamente).

3. Aprimoramento da descarga: um "passo fundamental" para uma limpeza profunda.

Para remover completamente as impurezas residuais na torre e evitar afetar o efeito de adsorção subsequente, o sistema introduz de 5% a 15% de nitrogênio do produto para realizar a retrolavagem da torre de adsorção. O nitrogênio de alta pureza pode deslocar o gás de exaustão residual contendo oxigênio na torre e ativar ainda mais a atividade de adsorção da peneira molecular de carbono.

4. Preparação para o Aumento da Pressão: Preparando-se para o Próximo Ciclo

Após a lavagem, a pressão da torre dessorvida é elevada de volta à pressão de adsorção por meio de equalização de pressão ou ar comprimido suplementar, completando todo o processo de regeneração. Em seguida, aguarda a troca com a outra torre e inicia o próximo ciclo de adsorção.

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