Principio di purificazione dell'azoto mediante adsorbimento a oscillazione di pressione su setaccio molecolare in carbonio

Un processo completo di adsorbimento e separazione è solitamente composto da operazioni di ciclo di adsorbimento e desorbimento. A causa di diversi mezzi tecnici per ottenere operazioni di adsorbimento e desorbimento, il processo è suddiviso in adsorbimento a oscillazione di pressione e adsorbimento a oscillazione di temperatura. L'adsorbimento dell'oscillazione di pressione completa il ciclo operativo di adsorbimento e desorbimento regolando la pressione operativa (adsorbimento di pressione, desorbimento di decompressione), mentre l'adsorbimento dell'oscillazione di temperatura completa il ciclo operativo regolando la temperatura (adsorbimento di raffreddamento, riscaldamento desorbimento) per completare l'operazione del ciclo. L'adsorbimento dell'oscillazione della pressione viene utilizzato principalmente nel processo di adsorbimento fisico e l'adsorbimento dell'oscillazione della temperatura viene utilizzato principalmente nel processo di adsorbimento chimico.

Adsorbimento dell'oscillazione di pressione di setaccio molecolare di carbonio è quello di utilizzare l'aria come materia prima e il setaccio molecolare di carbonio come adsorbente per separare l'azoto e l'ossigeno nell'aria mediante adsorbimento a oscillazione di pressione, in modo da raggiungere lo scopo di purificare l'azoto.

L'adsorbimento della sostanza sulla superficie adsorbente (solida) deve passare attraverso due processi: uno è quello di raggiungere la superficie solida per diffusione molecolare, l'altro è quello di adsorbire sulla superficie solida mediante Van der Waals' forza o forza di legame chimico. Pertanto, per ottenere la separazione delle miscele mediante adsorbimento, i componenti separati devono presentare evidenti differenze nella velocità di diffusione molecolare o nella capacità di adsorbimento superficiale.

L'adsorbimento e la separazione di N₂E O₂in aria da setaccio molecolare di carbonio si basa sulla differenza di velocità di diffusione tra di loro. N₂E O₂sono entrambe molecole non polari e i loro diametri molecolari sono molto vicini (O₂è 0.28 nm, N₂è 0.3 nm). A causa delle loro proprietà fisiche simili, c'è poca differenza tra loro e la superficie del setaccio molecolare di carbonio. Pertanto, dal punto di vista della termodinamica (equilibrio di assorbimento), il setaccio molecolare di carbonio non ha selettività per N₂E O₂adsorbimento, quindi è difficile separarli.

Tuttavia, dal punto di vista cinetico, perché setaccio molecolare di carbonio è un adsorbente a separazione di velocità, la velocità di diffusione di N₂E O₂nei micropori del setaccio molecolare di carbonio è ovviamente diverso. Ad esempio, a 35 anni ℃, la velocità di diffusione di O₂è 2.0 × 106 e la velocità di O₂è 30 volte più veloce di quella di N₂. Pertanto, quando l'aria entra in contatto con il setaccio molecolare del carbonio, O₂sarà preferenzialmente adsorbito su setaccio molecolare di carbonio e separato dall'aria,so quel N₂nell'aria può essere purificato. Poiché il processo di separazione per adsorbimento è un processo a velocità controllata, il controllo del tempo di adsorbimento (ovvero il controllo dell'adsorbimento--velocità del ciclo di desorbimento) è molto importante. Quando il dosaggio dell'adsorbente, la pressione di adsorbimento e la portata del gas sono fissi, il tempo di adsorbimento appropriato può essere determinato misurando la curva di sfondamento della colonna di adsorbimento.