توضیحات
جذب سطحی به دلیل کارایی بالا و هزینه کم و گستره وسیع جاذب ها جهت جداسازی مخلوط گازها در صنعت مورد توجه قرار گرفته است. فرآیند جذب سطحی یک فرآیند تناوبی است که پس از جذب اجزا بر روی سطح بایستی جاذب از اجزاء جذب شده احیاء گردد. عملیات احیاء در فشار پایین رخ می دهد سپس جاذب جهت فرآیند جذب و دفع مجدد احیا می گردد. در این پروژه به شبیه سازی فرایند جداسازی نیتروژن از هوا می پردازیم. فرایند جداسازی نیتروژن و اکسیژن از هوا شامل مراحل زیر می باشد.
امروزه در صنایع مختلف برای تولید بسیاری از گازهای صنعتی و پرکاربرد نظیر اکسیژن، نیتروژن (که بطور عمده از هوا بدست می آیند) و یا هیدروژن (که از سیالات حامل ترکیبات هیدروژنی تصفیه و جدا می شوند)، از روش های شناخته شده ای مانند روش جذب متناوب فیزیکی (PSA: Pressure Swing Adsorption) استفاده می شود.
در روش جذب متناوب فیزیکی (PSA) اساس فرایند بر جداسازی عناصر و ناخالصی های غیر هدف از سیال حامل (نظیر هوا یا مشتقات فرایندی پتروشیمی) توسط مواد جاذب (دسیکانت ها) و در نهایت استحصال گاز مورد نظر می باشد.
برای این منظور نیاز به طراحی و ساخت یک سیستم دربسته تحت فشار است که معمولا” از دو (یا بیشتر) مخزن برای انباشت مواد جاذب مخصوص (Molecular sieve)، مخازن پشتیبانی فرایندی، مجموعه ایی از لوله کشی های اصلی و فرعی، شیرالات کنترلی و سیستم کنترل و …. می باشد.
1- تولید گاز نیتروژن به روش PSA
در این سیستم از ۲ برج حاوی مواد مخصوص کربن مولکولارسیو (CMS) استفاده می شود. هوای ابزار دقیق (فشرده و فرآوری شده مطابق با کلاس استانداردی تعریف شده) به نوبت از مواد داخل برج ها عبور کرده و اکسیژن توسط منافذ میکرونی مواد CMSجذب شده و گاز نیتروژن برجای مانده از برج خارج می گردد.
در هنگام فرایند جذب در برج مولد، برج دیگر با گذر قسمتی از جریان گاز نیتروژن تولید شده از روی سطح مواد انباشته شده از اکسیژن و تخلیه آن از سازوکار مسیر خروجی عمل احیاء را انجام می دهد.
پس از آن یک مرحله همفشاری بین دو برج وجود دارد و سپس جای برج ها و طبیعتا” فرایند درون آنها تعویض می شود.
برای درک بهتر اصول کلی این فرایند به شکل زیر توجه کنید.
چند نکته:
- علی رغم اصول ساده در کلیت این فرایند، پیچیدگی و حساسیت های خاصی در فازهای طراحی و ساخت اجزاء سیستم دارد.
- تنظیم و عملیاتی کردن یک چارت زمانبندی دقیق و مناسب برای فازهای فرایند نظیر جذب، احیاء، همفشاری، تخلیه و ….. از اصول و پیچیدگی های سیستم محسوب می شود.
- طرح ریزی و اجرای تمهیداتی برای کنترل نوسانات فشار و جریان در سیستم از اهمیت بالایی برخوردار است.
- یک پلنت کامل شامل یک دستگاه مخزن برای کنترل نوسانات هوای ورودی به سیستم (Air Buffer) نیز می شود.
- همچنین یک مخزن نوسان گیر گاز نیتروژن خروجی (N2 Buffer)در سیستم لحاظ می گردد. وجود این مخزن فواید متعددی نظیر ایجاد فشار معکوس و تضمین خلوص نیتروین تولیدی دارد.
- در این سیستم فشار ورودی معمولا” بین 7 تا 10 بار است و فشار خروجی در حدود 1 بار کمتر از فشار ورودی خواهد بود.
مزایا:
- روش ساده و کارآمد برای صنایعی که نیاز به حجم کمتر و (یا) خلوص نسبتا” پایین تر از گاز نیتروژن دارند.
- از سیستم های دیگر (در حجم و خلوص مشابه) نظیر Cryogenic یا Membrane ارزان تر هستند.
- کار با این سیستم ها ساده و تعمیرات و نگهداری آنها ارزان تر است.
معایب:
- بطور متوسط 10 % تلفات انرژی در سیستم بدلیل فاز احیاء مواد CMS
- حساسیت بالا در خلوص گاز تولید شده براساس کیفیت مواد CMS بکار رفته
- دارای حساسیت بالای مواد CMS به ناخالصی روغن در هوای ورودی
- حساسیت بالای مواد CMS در مواجه با سرعت جریان درون سیستم
2- تولید اکسیژن به روش PSA
روش تولید گاز اکسیژن نیز مشابه آنچه که در بالا برای گاز نیتروژن ارائه شد می باشد، با این تفاوت که در این سیستم نیز از مواد مولکولارسیو مختص همین فرایند برای جذب مولکول های نیتروژن و تولید اکسیژن استفاده می شود.
همچنین با توجه به حساسیت های بیشتری که در مورد پتانسیل خطرات ناشی از انباشت و کاربردهای گاز اکسیژن وجود دارد برای کار با اینگونه تجهیزات از استانداردهای عملیاتی بالاتری نیز استفاده می شود.
شبیه سازی فرایند جداسازی نیتروژن و اکسیژن با نرم افزار کامسول
در این پروژه شبیه سازی فرایند جداسازی نیتروژن و اکسیژن از هوا در نرم افزار کامسول انجام شده است.
جهت خرید پروژه و یا کسب اطلاعات بیشتر در مورد آن، از طریق لینک زیر اقدام نمایید.