PSA制氧机的故事

变压吸附 (PSA) 并非新工艺，与大多数优秀发明一样，事后看来，其原理显而易见。正如在所有吸附分离工艺中一样，基本要求是吸附剂优先吸附混合进料中的一种组分（或一类相关组分）。这种选择性可能取决于吸附平衡的差异或吸附速率的差异（动力学选择性）。在某些情况下，速率差异可能很大，以至于扩散较慢的物质实际上完全被排除在吸附剂之外（尺寸选择性筛分），在这种情况下显然可以实现非常有效的分离。

所有吸附分离过程都涉及两个主要步骤：

（1）吸附，在此过程中，优先吸附的粒子从进料中被摘除；
(2) 再生或解吸，在此过程中，这些物质从吸附剂中除去，从而使吸附剂“再生”以供下一个循环使用。吸附或再生步骤或两个步骤中都产生有用的产品。吸附步骤中的流出物是纯化的“萃取物”产品，其中优先吸附的物质已被除去。再生步骤中回收的解吸物含有浓缩形式的更强吸附的物质（相对于进料），有时被称为“萃取”产品。

PSA 工艺的基本特点是，在再生步骤中，通过降低总压力来去除优先吸附的物质，而不是通过升高温度或用置换器吹扫来去除。

PSA 工艺的概念。(a) 压力下的平衡负荷。(h) 理想草图，显示了简单的双床 PSA 工艺中强吸附物质的吸附相分布图。

剂（尽管低压清洗步骤通常包含在循环中）该过程在近似等温条件下运行，因此有用容量是两点之间的负载差，对应于同一等温线上的进料和再生压力[图 1.1（a）]。图 1.1（b）示意性地显示了高压进料和低压再生步骤期间浓度分布的运动。进料步骤通常在吸附较强的组分突破床层之前终止，而再生步骤通常在床层完全解吸之前终止。因此，在循环稳定状态下，分布在床层的平均位置附近振荡

 

Psa 氧气发生器

Psa 医用氧气发生器

PSA 医用氧气设备

相对于其他类型的吸附过程（如热振荡吸附），PSA 的一个主要优点是压力变化速度比温度变化速度快得多，从而使 PSA 过程能够以更快的周期运行，从而提高单位吸附床体积的产量。其主要限制是 PSA 过程仅限于吸附不太强的组分。如果优先吸附物质的吸附太强，则在再生步骤中需要不经济的高真空来进行解吸。因此，对于吸附非常强的组分，热振荡吸附通常是首选方案，因为适度的温度变化通常会引起气固吸附常数的较大变化。

PSA 工艺并不比大多数传统的分离工艺更复杂，但它们有一个基本特征不同：PTOCess 在瞬态条件下运行，而大多数工艺（例如吸收、萃取和蒸馏）都在稳态条件下运行。

因此，概念框架和设计程序都大不相同。这种差异可以用数学术语来最好地解释。稳态过程可以用一个常微分方程（或一组常微分方程）在数学上描述，而要获得操作变量与过程性能之间的关系，只需要对这组方程进行积分。相比之下，瞬态过程则用一组偏微分方程来描述，这需要更复杂的求解程序。因此，过程性能与操作变量之间的关系通常不太明显。PSA 装置的设计和计算程序大部分都可以在公开文献中找到。然而，它们还没有被普遍接受为正常化学工程课程的一部分，因此，某种神秘感仍然存在。

尽管 PSA 工艺起步较早，但直到 20 世纪 80 年代才真正得到商业广泛认可。图 1.2 显示了 PSA 工艺的年度出版物和美国专利数量与年份的关系。这种工艺从发明到商业化之间间隔异常长的原因尚不完全清楚，但很可能是低温气体行业既得利益者的反对以及执业工程师对基本原理的不熟悉是重要因素。20 世纪 70 年代，随着原油价格上涨，能源成本不断上升，刺激了人们对替代分离工艺的兴趣。尽管 20 世纪 80 年代能源成本有所下降，但研究替代工艺并使技术与产品规格相匹配的动力仍在继续。