VPSA vs. PSA : Différentes technologies de séparation des gaz pour la production d'oxygène

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Autant l'air est naturellement présent autour de nous dans l'atmosphère, autant le processus d'extraction de l'air est un processus de longue haleine. la séparation des différents gaz Il n'est pas facile de déterminer les gaz présents dans l'air normal. En même temps, ces gaz individuels sont très importants pour un certain nombre d'applications qui affectent notre vie quotidienne. C'est la raison pour laquelle technologies de pointe comme le VPSA et le PSA ont été développés pour faciliter l'extraction de gaz importants comme l'oxygène à partir de composés dans leur forme la plus pure.

Nous allons examiner ce que sont les VPSA et les PSA, comment chacun d'entre eux fonctionne, quels sont leurs avantages et leurs inconvénients, et quelles sont leurs nombreuses applications dans le monde moderne. Si vous avez toujours été curieux de savoir comment fonctionnent ces deux types de systèmes, vous êtes au bon endroit.

VPSA

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VPSA est un acronyme pour Adsorption par changement de pression sous videIl s'agit d'une technologie utilisée dans les générateurs de production d'oxygène au niveau industriel. La technologie VPSA utilise une pile à base de lithium pour produire de l'oxygène. tamis moléculaire et un certain nombre de déshydratants spéciaux pour absorber les impuretés telles que le dioxyde de carbone, l'azote et l'eau présentes dans tout mélange d'air, afin que l'oxygène puisse s'accumuler dans ce qui reste. Il s'agit d'une méthode très efficace pour obtenir de l'oxygène pur, avec des niveaux de pureté atteignant 95%. C'est le niveau requis pour l'oxygène médical et d'autres applications importantes.

Principe de fonctionnement

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La configuration de base de la production d'oxygène VPSA n'est pas très compliquée. Elle se compose de plusieurs structures et équipements qui travaillent ensemble pour garantir que l'oxygène produit à la fin est de la plus haute qualité. Les différentes structures impliquées dans ce processus sont les suivantes.

Soufflerie d'air

Une soufflerie d'air est reliée à une pompe à vide qui fournit à l'installation les éléments suivants l'air brut, en l'acheminant dans l'ensemble du système. La pression qui alimente le système en air doit être calibrée de manière à répondre aux exigences de l'ensemble de l'installation pour que cette opération soit couronnée de succès. La fonction principale de la pompe à vide est de s'assurer que l'ensemble du système est analysé et, en même temps, de maintenir l'ensemble de l'installation dans un état de vide inactif, ce qui crée les conditions adéquates pour que les machines VPSA absorbent d'autres gaz tout en produisant de l'oxygène pur.

Une glacière

Les procédés VPSA impliquent des températures et des pressions élevées. Cela peut avoir un impact sur la qualité du produit final, et il doit y avoir un mécanisme permettant de réguler la température et les pressions. Ce mécanisme se présente sous la forme d'un refroidisseur. Il est à base d'eau et l'air reçu de la soufflerie passe à travers le refroidisseur, où la température et la pression sont considérablement réduites afin d'améliorer l'adsorption des gaz indésirables et d'autres composés.

Système d'adsorption

Il s'agit de la partie principale de l'ensemble du système. Elle est généralement composée de deux tours et d'un pipeline rempli de vannes suffisamment armées de tamis moléculaires zéolithiques et de filtres à particules. alumine activée qui agissent comme les principaux adsorbants. Le coup d'envoi est donné par l'arrivée d'air comprimé à basse température et à haute pression dans la première tour. Cet air circule sur les matériaux adsorbants dans le pipeline où la vapeur d'eau, l'azote, le dioxyde de carbone et toute autre matière sont adsorbés.

Ce qui reste est principalement de l'oxygène, qui est collecté par un lit d'adsorption situé au sommet de la tour d'adsorption et rejeté sous forme de gaz. Pendant que tout cela se déroule dans la première tour, la deuxième tour régénère les tamis moléculaires. Chaque fois que les tamis sont sur le point d'atteindre leur saturation et leur limite d'adsorption, un flux d'air à basse température et à haute pression est injecté dans la deuxième tour pour que l'adsorption se poursuive et que de l'oxygène soit produit.

C'est ainsi que ces deux tours sont en mesure de produire de l'oxygène pur ; elles se combinent parfaitement en se débarrassant des gaz indésirables d'une tour et en recueillant de l'oxygène pur et propre dans la suivante.

Réservoir tampon d'oxygène

Il s'agit du réservoir qui sert à stocker l'oxygène final qui a été récolté tout au long du processus. Il doit être bien sécurisé afin d'éviter tout mélange avec l'air ordinaire, qui pourrait y réintroduire de l'azote et du dioxyde de carbone. La taille du réservoir varie en fonction de l'ampleur de l'opération. Ils sont beaucoup plus grands si l'ensemble de l'installation CPSA est beaucoup plus grand et vice versa. 

Système de contrôle

Il s'agit d'un centre de contrôle qui exécute un programme créé spécifiquement pour contrôler tous les aspects de cette installation. Il s'agit généralement d'un programme pré-écrit de contrôle des vannes qui est installé dans le contrôleur PLC et qui règle principalement la fermeture et l'ouverture de chaque vanne pneumatique dans l'ensemble de la canalisation. Ceci est nécessaire pour que l'adsorption et la régénération des tamis se déroulent efficacement et sans interruption. Cela ne serait pas possible si le système était manuel, car cela augmenterait les risques d'erreurs humaines, ce qui pourrait avoir un impact sur les temps de production et augmenter les risques de contamination.

Avantages de VPSA

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L'utilisation de la VPSA présente de nombreux avantages par rapport à tout autre procédé ou technologie. Ces avantages sont l'une des raisons pour lesquelles le VPSA est très prisé par de nombreux fabricants qui traitent des produits suivants la purification de l'air. Les avantages les plus notables de l'utilisation de ce système sont les suivants.

• Il utilise une soufflerie sans huile, ce qui réduit les risques d'entraînement d'huile, un défaut très courant et gênant qui affecte les souffleries lubrifiées à l'huile, lesquelles finissent par contaminer l'oxygène traité.
• Il utilise des pressions plus faibles, ce qui minimise considérablement le potentiel de rétention d'eau et de condensation. Cela garantit qu'il y a très peu d'humidité dans le produit purifié.
• L'utilisation de vannes et de collecteurs est réduite, ce qui rend le transfert de gaz et de liquides d'un réservoir à l'autre beaucoup plus rapide et permet d'économiser du temps et de l'énergie, ce que la plupart des autres options ne peuvent pas offrir.
• Le système n'est pas aussi vulnérable à l'humidité que d'autres systèmes. Il s'agit donc d'une option idéale si vous souhaitez traiter des gaz ou des liquides d'une pureté maximale.
• Il produit l'une des formes les plus pures d'oxygène sans en gaspiller beaucoup. Les tamis moléculaires activés utilisés dans les systèmes VPSA sont très efficaces, et le fait que le système se charge également de leur régénération une fois qu'ils ont atteint leur limite de saturation garantit que l'épuration de l'air se poursuit sans interruption.
• Une faible pression de fonctionnement permet également de minimiser l'empoussièrement du tamis. Il s'agit d'une situation dans laquelle le tamis se débarrasse de l'azote présent dans l'air. Cette basse pression réduit considérablement les coûts d'exploitation, ce dont bénéficieront tous ceux qui travaillent à grande échelle.
• Les systèmes VPSA durent beaucoup plus longtemps en raison des faibles coûts énergétiques et de la combinaison d'un certain nombre de pièces qui fonctionnent efficacement les unes avec les autres. Cela réduit la pression exercée sur chaque composant, ce qui permet au système entier de fonctionner avec souplesse et d'augmenter un peu plus sa durée de vie par rapport à d'autres systèmes disponibles.
• Les temps de démarrage rapides ne nécessitent que 5 minutes pour que le fabricant obtienne la qualité souhaitée de pureté de l'oxygène. Ils peuvent être mis en marche et arrêtés en fonction de la demande d'oxygène à un moment donné.

Applications des systèmes VPSA

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En étant aussi fiable pour produire oxygène de haute qualité et d'autres composants, les systèmes VPSA ont été adoptés par un certain nombre de grandes industries et sont utilisés dans diverses applications, dont les suivantes.

• Dans les industries chimiques, pour les réactions d'oxydation et le fonctionnement des incinérateurs qui fonctionnent généralement mieux lorsqu'ils sont alimentés en oxygène pur, qui brûle plus chaudement que tout le reste.
• Dans les industries métallurgiques qui dépendent de températures élevées pour faire fonctionner des fours suffisamment chauds pour faire fondre des métaux qui ont des points de fusion très élevés.
• Pour la délignification et l'oxyblanchiment du papier dans les usines de pâte et de papier qui participent à la fabrication de tous les produits en papier utilisés pour fabriquer des livres, entre autres.
• Les processus de gestion de l'eau et des déchets nécessitent l'élimination de gaz toxiques tels que le sulfure d'hydrogène, qui peut être toxique pour l'environnement s'il s'accumule en grandes quantités dans des espaces ouverts.
• Pour l'alimentation des brûleurs à oxygène et la production de gaz d'ozone utilisés dans divers secteurs manufacturiers à travers le monde.
• Dans l'industrie minière pour des procédés tels que la purification de l'or ou la récupération de l'uranium pour l'enrichissement et d'autres utilisations. 
• Dans les verreries et les aciéries, l'utilisation de la chaleur est très nécessaire pour transformer les matières premières en formes malléables faciles à travailler à d'autres stades de la fabrication.

PSA

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PSA est l'acronyme de Pressure Swing Absorption (absorption par variation de pression). technologie de production de gaz qui a été créé pour offrir une alternative au populaire VPSA. Il utilise également des matériaux adsorbants qui agissent comme un tamis pour filtrer les molécules de gaz en fonction de leur taille. 

Ce procédé utilise l'air naturel comme matière première et s'appuie sur une efficacité et une sélectivité élevées pour adsorber les gaz nécessaires et les séparer de l'oxygène. Les tamis moléculaires zéolithiques utilisés dans ce procédé ne sont pas très différents de ceux de la VPSA. Toutefois, dans ce cas, les tamis moléculaires adsorbent les molécules de gaz en fonction de la taille des pores présents. 

Fondamentalement, toutes les molécules qui sont suffisamment petites pour passer à travers les pores sont ornées, tandis que les plus grosses sont repoussées. Cela signifie que la séparation des gaz est très efficace grâce à ce processus, et c'est l'un des moyens d'obtenir de l'oxygène riche en énergie à la fin du processus.

Comme dans le cas du VPSA, la capacité d'adsorption des graines atteint sa limite et la régénération est déclenchée pour maintenir le processus jusqu'à ce que la bonne quantité d'oxygène pur soit récoltée. Pour ce faire, on réduit les pressions qui, à leur tour, augmentent le taux d'adsorption de l'azote, laissant de l'oxygène pur pour une collecte aisée.

Principe de fonctionnement

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Le système PSA utilise un certain nombre de pièces et de composants qui se combinent les uns avec les autres pour garantir que la production d'oxygène s'effectue sans incident ni contamination à la fin. Voici les principaux éléments qui composent le système PSA.

Un compresseur d'air

C'est lui qui alimente l'ensemble du système en air brut, et le débit est contrôlé par la quantité d'oxygène nécessaire au traitement. Vous devez choisir un compresseur d'air qui a la capacité de traiter l'ensemble du système. Une installation plus importante nécessite un compresseur d'air plus puissant et vice versa. Il faut trouver un équilibre.

Sécheur à froid

Une fois que le compresseur a mis l'air sous pression, il le pousse dans la chambre de combustion. sécheur à froidDans cette chambre, les températures et les pressions élevées sont ramenées à des niveaux acceptables. Dans cette chambre, l'air est refroidi, séché et toutes les impuretés présentes sont éliminées. Tout cela se combine pour abaisser la température de manière significative tout en augmentant la pression afin de préparer les choses pour l'étape suivante.

Dispositif de dégraissage

Il s'agit d'un dispositif qui élimine l'huile et la graisse qui s'accumulent au fil du temps autour des composants et de la canalisation. Ce brouillard d'huile s'accumule généralement lorsque les températures descendent à un certain niveau, et il peut être une source de contamination si rien n'est fait à temps. Le brouillard d'huile a également un effet négatif sur les tamis moléculaires en zéolithe, car il affecte leur durée de vie et leur fait atteindre leur limite de saturation beaucoup plus rapidement que la normale.

Système d'adsorption

Ce système comprend également deux tours et un pipeline avec un réseau de vannes qui sont recouvertes d'adsorbants en forme de tamis de zéolithe. Lorsque l'air comprimé est injecté dans la première tour, il passe sur une couche d'adsorbants où l'azote, l'eau et le dioxyde de carbone sont éliminés. dioxyde de carbone sont absorbés, laissant l'oxygène derrière eux.

Dans la seconde tour, les tamis moléculaires en zéolithe subissent une régénération constante chaque fois qu'ils atteignent leur limite, ce qui permet au processus de se poursuivre sans interruption jusqu'à ce que la quantité d'oxygène souhaitée soit récoltée. Ces deux éléments se combinent parfaitement, à l'instar d'un système VPSA, pour garantir un niveau de pureté de l'oxygène aussi élevé que possible.

Un réservoir tampon

Il s'agit d'un réservoir spécialisé qui sert à recueillir l'oxygène généré par l'ensemble du système. Il sert également à stabiliser les choses pendant que la production et la séparation des gaz se poursuivent en arrière-plan jusqu'à ce que tout soit terminé.

Un système de contrôle

Il s'agit d'un système qui utilise des instructions préprogrammées qui contrôlent le fonctionnement naturel de l'appareil. Absorption par variation de pression à partir d'un seul point. La seule chose que l'ingénieur doit faire est d'ajouter le programme et d'intégrer le tout dans l'ensemble du système, et le reste se fait tout seul. C'est un moyen très pratique de s'assurer que l'efficacité est respectée afin d'obtenir la forme la plus pauvre d'oxygène, dépourvue de toute contamination.

Avantages de l'ASP

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L'utilisation de la technologie PSA pour générer et séparer les gaz présente un certain nombre d'avantages. Le fait qu'il s'agisse d'une alternative au VPSA a incité un grand nombre de fabricants et d'entreprises à adopter ce système plutôt que les autres, et voici quelques-uns des avantages qui en découlent.

• L'automatisation rend le processus beaucoup plus sûr et efficace. Ce ne serait pas le cas s'il s'agissait d'un travail manuel direct. Compte tenu des températures et des pressions élevées et du fait que l'oxygène pur est très inflammable, il n'est pas souhaitable que des opérateurs humains occupent l'espace au sol.
• Il s'agit d'un processus très fiable qui s'accompagne d'une sécurité renforcée en cas d'échec. Cela signifie que la probabilité que les cuisses tournent mal est très faible et que, si elles tournent mal, il est beaucoup plus facile d'en gérer les conséquences.
• Il est facile à démarrer et à arrêter. Il offre une grande maîtrise et une grande précision, ce qui permet de produire les bonnes quantités d'oxygène lorsque c'est nécessaire. Cela permet de réaliser des économies et de réduire les risques de gaspillage de matières premières telles que les tamis moléculaires.
• Il s'agit d'un système qui peut être utilisé pendant très longtemps, grâce à une durée de vie opérationnelle prolongée. Il s'agit donc d'une méthode très rentable à adopter si vous souhaitez mettre en place une opération de séparation et de production de gaz à grande échelle.
• Les coûts opérationnels des systèmes PSA sont faibles. Cela est dû au fait que chaque pièce est optimisée pour ses fonctions. Cela réduit les retards, les pertes de temps et le gaspillage des ressources. Ces trois facteurs se combinent pour réduire le coût global de l'opération.
• Aucun atelier particulier n'est nécessaire et la mise en place du système est très simple. Il est toujours possible de l'étendre ultérieurement si vous envisagez de développer vos activités.

Applications des systèmes PSA

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Les systèmes PSA sont utilisés pour un certain nombre d'applications dans les industries manufacturières et commerciales. Vous avez probablement déjà utilisé certains produits fabriqués à l'aide de procédés PSA. Voici quelques-unes des applications les plus remarquables à l'heure actuelle.

• Soudage des métaux et des gaz : L'oxygène pur est hautement inflammable et brûle à des températures très élevées. Ce type de chaleur est idéal pour le soudage des gaz et des métaux. La majeure partie de l'oxygène récolté grâce au processus PSA est utilisée pour réaliser des travaux de soudage précis dans la plupart des secteurs de l'industrie lourde, comme l'industrie automobile, entre autres.
• Métallurgie : Il s'agit du processus de création de structures à l'aide de métaux de toutes sortes et de toutes formes. Pour qu'un métal puisse être moulé, il doit être soumis à une chaleur intense qui l'amène à un point de fusion. Cette opération peut être réalisée à l'aide de l'électricité, mais elle consomme alors beaucoup d'énergie, ce qui représente un coût supplémentaire. Pour contourner ce problème, de nombreux fabricants de métaux utilisent de l'oxygène pur pour brûler les métaux à des températures élevées, ce qui facilite la tâche.
• Industries pétrochimiques : La plupart des produits chimiques et pétrochimiques dépendent de formes pures d'oxygène pour leurs processus d'oxydation lorsqu'il s'agit de récupérer de l'acide nitrique, de l'oxyde de propylène, de l'oxyde d'éthylène ou du chlorure de vinyle, séchage de l'éthanolet une multitude d'autres composés chimiques largement utilisés dans le monde.
• Pisciculture : Cela peut paraître surprenant, mais l'oxygène généré par les systèmes PSA est également utilisé dans l'élevage de poissons de plusieurs manières ingénieuses. L'une d'entre elles est l'utilisation de l'oxygène pour réduire les périodes d'incubation des œufs de poisson en fournissant à l'eau un oxygène riche qui accélère le processus de croissance des œufs et des poissons adultes. Cela permet d'augmenter la production.
• Industrie du verre : Verrerie est un autre processus qui nécessite beaucoup de chaleur pour transformer les matières premières du sable en laiton. L'utilisation de l'électricité finit par augmenter les factures d'électricité, mais l'utilisation de l'oxygène des fours accélère le processus de fusion, est moins coûteuse et permet un meilleur contrôle.
• Purification du biogaz : L'un des principaux inconvénients de l'adoption de l'énergie biogaz est qu'à côté du méthane, dont on a tant besoin, il y a une production très importante de sulfure d'hydrogène. Ce gaz est non seulement toxique pour les personnes, mais il peut également causer de graves dommages s'il est exposé aux flammes. Les systèmes PSA sont utilisés pour éliminer le sulfure d'hydrogène et d'autres gaz toxiques qui ne sont pas nécessaires dans les installations de biogaz.

Verdict final

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Comment ces deux systèmes se comparent-ils l'un à l'autre ? Comment faire un choix entre les deux ? La réponse courte à la deuxième question est que tout dépend des préférences personnelles. Les deux systèmes ASP et VPSA sont capables d'effectuer les mêmes tâches avec très peu de différences. Il vous suffit de choisir ce qui répond le mieux à vos besoins.

Voici un tableau comparatif rapide qui montre comment les deux processus se positionnent l'un par rapport à l'autre. Ces informations peuvent vous aider à prendre une meilleure décision au moment de choisir entre PSA et VPSA.

Comme vous pouvez le voir dans le tableau ci-dessus, les différences ne sont pas axées sur la fonctionnalité, mais plutôt sur le coût et l'ampleur de l'opération. Gardez tous ces facteurs à l'esprit au moment de prendre la bonne décision.

Conclusion

Les procédés VPSA et PSA sont tous deux très efficaces et fiables et peuvent fonctionner dans n'importe quel environnement. Tout dépend du type d'installation que vous souhaitez utiliser et des industries que vous souhaitez desservir. Pour en savoir plus sur la séparation et la production de gaz, les machines nécessaires et la manière de tout mettre en place à partir de zéro, cliquez sur le lien suivant consultez notre site web et une équipe d'experts répondra à toutes les questions que vous vous posez.