Във високи- производствени сектори като електроника, химическа обработка, термична обработка, лазерно рязане и опаковане в модифицирана атмосфера, азотът с висока чистота (по-голям или равен на 99,999%) се превърна в незаменима среда за обработка. В сравнение със снабдяването с течен азот, -производството на азот на място постепенно се превърна в основното решение поради стабилното си снабдяване и контролируемите оперативни разходи. Как да се гарантира, че системата за генериране на азот произвежда азот с висока чистота последователно за дълги периоди, като същевременно поддържа разумна консумация на енергия и разходи за поддръжка, е основна грижа за инженерите и производствените мениджъри.
Shenger Gas отдавна се фокусира върху технологиите за промишлено отделяне на газове, натрупвайки богат инженерен опит както в адсорбцията с промяна на налягането (PSA), така и в мембранното разделяне. Тази статия систематично разглежда инженерната логика зад производството на азот с висока чистота от три аспекта: технически принципи, фактори, влияещи върху чистотата, и ключови насоки за оптимизиране на системата.
Сравнение на две основни технологии за производство на азот
Понастоящем промишленото -производство на азот на място използва главно PSA генератори на азот и мембранни генератори на азот, които се различават значително по отношение на чистотата и приложимите сценарии.
PSA генерирането на азот използва селективните адсорбционни характеристики на въглеродните молекулярни сита за кислород и азот. Под налягане въглеродните молекулярни сита за предпочитане адсорбират кислород, въглероден диоксид и водни пари, докато азотът се извежда директно като не-адсорбиран компонент. След насищане молекулярното сито се регенерира чрез бързо намаляване на налягането. Чрез редуване на адсорбция и десорбция между две кули се постига непрекъснато производство на азот. Технологията PSA може стабилно да произвежда азот в диапазона на чистота от 99,9% до 99,9995%, което я прави особено подходяща за процеси със строги ограничения на съдържанието на кислород.
Мембранното генериране на азот разчита на разликата в скоростите на проникване на различните газови молекули през мембрани от кухи влакна. Газовете с по-бързи скорости на проникване, като кислород и водна пара, преминават за предпочитане през стената на мембраната и се изпускат, докато азотът с по-бавна скорост на проникване се обогатява. Тази технология обикновено произвежда азот с чистота, варираща от 97% до 99,9%. Предимствата му включват проста структура, липса на движещи се части и бързо стартиране, което го прави подходящ за сценарии, при които изискванията за чистота са умерени, но е необходимо непрекъснато и стабилно снабдяване с газ.
Когато целевата чистота надвиши 99,9%, генераторите на азот на PSA са почти единственото икономически жизнеспособно-решение за генериране на азот на място.
Три ключови инженерни фактора, влияещи върху чистотата на азота
При реална работа често възникват отклонения между действителната чистота на азота, произведена от генератор на азот, и проектната стойност. Следните три фактора са най-критичните.
Влошаването на ефективността на въглеродното молекулярно сито е основната причина. След продължително излагане на следи от маслена мъгла, течна вода или твърди частици в сгъстен въздух, микропорите на молекулярното сито постепенно се блокират или повреждат, което води до намален адсорбционен капацитет. Това е особено изразено, когато системата за предварителна обработка е неадекватно конфигурирана, ускорявайки влошаването на молекулното сито и директно проявявайки се като непрекъснато намаляване на чистотата на азота.
Съответстващата връзка между налягането на адсорбция и скоростта на производство на газ е също толкова важна. Ефективността на адсорбция при генерирането на азот от PSA е положително свързана с налягането, но прекалено високото налягане увеличава механичното износване на молекулярното сито, докато твърде ниското налягане води до пробив на кислород, причинявайки рязък спад в чистотата на азота. Освен това, прекалено бързото производство на газ намалява времето на престой на въздуха в адсорбционната кула, позволявайки на кислорода да навлезе в тръбопровода за азот, преди да бъде напълно адсорбиран. Правилното съвпадение на налягането и потока е основата за стабилна чистота.
Точността на времето за превключване на клапана често се пренебрегва. Азотните системи на PSA разчитат на периодично превключване на пневматичните клапани за пълна адсорбция и регенерация. Ако превключването на отклоненията в синхронизацията или действието на клапана се забави, това може да причини кръстосано-замърсяване между кулите или непълна регенерация, внасяйки замърсяване с кислород. Производството на азот с висока чистота обикновено изисква точност на времето от порядъка на милисекунди.
Четири практически насоки за системна оптимизация
За да се отговори на горните проблеми, оптимизацията на системата може да се извърши в следните четири направления в практическото инженерство.
Първо, засилете предварителната обработка на сгъстен въздух. Сгъстеният въздух, влизащ в генератора на азот, трябва да бъде подложен на ефективно отстраняване на маслото, хладилно изсушаване и прецизно филтриране. Препоръчително е да използвате въздушен-компресор без масло или поне устройство за отстраняване на масло с каталитично окисление, за да осигурите съдържание на остатъчно масло под 0,01 ppm. Освен това трябва да се монтира хладилен въздушен изсушител с контролирана точка на оросяване под -40 градуса, за да се елиминира основно необратимото увреждане на молекулярното сито, причинено от масло и вода.
Второ, оптимизирайте структурата на адсорбционната кула и процеса на изравняване на налягането. Правилното проектиране на аспектното съотношение и газоразпределителната структура на адсорбционната кула ефективно намалява неправилното разпределение на потока и мъртвите зони. Освен това, добавянето на горни и долни стъпки за изравняване на налягането в процеса на PSA балансира разликата в налягането между двете кули преди превключване, намалявайки смущенията от въздействието на газовия поток върху слоя на молекулярното сито, като по този начин подобрява възстановяването на азота и стабилността на чистотата.
Трето, приложете регулация за блокиране на контрола на чистотата. Инсталирайте онлайн анализатор на кислород в изходния тръбопровод за азот, свързан с вентилационен клапан и клапан за контрол на производството. Когато установеното съдържание на кислород превиши зададения праг, системата автоматично изпуска не-специфичния азот и фино-настройва скоростта на производство на газ или налягането на адсорбция, за да предотврати навлизането на нестандартен газ в процесите надолу по веригата. Тази мярка е особено важна за производствени линии с висока-добавена стойност-.
Четвърто, установете показатели за периодична поддръжка. Редовно тествайте кривата на затихване на ефективността на адсорбция на молекулярно сито, комбинирано с работни часове и данни за точката на оросяване, за да предскажете цикъла на смяна на молекулярното сито. Също така проверете времето за реакция на пневматичните клапани и сменете сърцевините на клапаните или уплътненията, когато е необходимо. Поддръжката трябва да бъде превантивно управление въз основа на данни, а не реактивно отстраняване.
Икономически съображения за азотни системи с висока чистота
Много потребители се фокусират върху техническите индикатори, като често пренебрегват общите разходи за жизнения цикъл на системата. Добре-проектираният генератор на азот с висока чистота, въпреки че има малко по-висока първоначална инвестиция от стандартните конфигурации, обикновено възстановява допълнителната инвестиция в рамките на 12 до 18 месеца чрез намаляване на честотата на смяна на молекулярните сита, минимизиране на загубите при изпускане на не-азот по спецификациите и удължаване на средното време между отказите.
По-специално скритите разходи от недостатъчната чистота често надвишават стойността на самото оборудване. В линия за производство на електронни компоненти отхвърлянето на партида, причинено от колебания в чистотата на азота, може да струва колкото цял нов генератор на азот. Следователно преместването на оптимизацията на системата от „опция“ към „необходимост“ е рационален избор при приложения с азот с висока чистота.
Стабилният добив на азот с висока чистота не е функция на отделна част от оборудването, а резултат от комбинираните ефекти на предварителната обработка на сгъстен въздух, избор на молекулно сито, структура на адсорбционна кула, стратегия за управление и система за поддръжка. Техническата стойност на генератора на азот не се състои в това дали може да произвежда 99,999% азот, а в това дали може да поддържа това ниво на чистота след хиляди часове непрекъсната работа.
