Princípio básico de funcionamento da peneira molecular de carbono (CMS): Separação cinética.

I. O princípio pelo qual peneiras moleculares de carbono A separação do ar (N₂ e O₂) não se baseia na adsorção em equilíbrio estático do tamanho ou polaridade molecular, mas sim na diferença nas taxas de difusão.

Oxigênio (O₂): Possui um diâmetro cinético menor (aproximadamente 0,346 nm). Sua taxa de difusão dentro dos microporos da peneira molecular de carbono é muito rápida, permitindo que seja adsorvido rapidamente nos canais dos poros.

Nitrogênio (N₂): Possui um diâmetro cinético ligeiramente maior (aproximadamente 0,364 nm). Sua taxa de difusão dentro dos microporos é muito mais lenta do que a do oxigênio.

Embora o nitrogênio possa eventualmente ser adsorvido, o tamanho dos poros da peneira molecular de carbono é controlado com precisão, de modo que as velocidades com que os dois gases se difundem nos poros diferem em uma ordem de magnitude (tipicamente, o O₂ se difunde centenas de vezes mais rápido que o N₂).

II. Descrição do processo (Adsorção por Oscilação de Pressão, PSA)

Os sistemas de geração de nitrogênio por Adsorção por Oscilação de Pressão (PSA) normalmente consistem em duas torres de adsorção preenchidas com peneira molecular de carbono.

Etapa de Adsorção: O ar comprimido passa por uma torre de adsorção de baixo para cima. Impurezas como oxigênio, vapor de água e dióxido de carbono são rapidamente adsorvidas pela peneira molecular de carbono, enquanto o nitrogênio, que se difunde lentamente, atravessa a torre em sua maior parte e é liberado como um gás de produto de alta pureza.

Etapa de regeneração: Pouco antes da saturação desta torre de adsorção, o sistema alterna automaticamente para a outra torre. A torre saturada é então regenerada por meio de uma rápida despressurização (desorção), que libera o oxigênio adsorvido e outras impurezas na atmosfera.

As duas torres alternam entre adsorção e regeneração, permitindo assim a produção contínua de nitrogênio.

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