Unterschied zwischen PSA und TSA
Wofür stehen die Begriffe TSA und PSA?
Molekularsiebe werden in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, aber das Ziel ist immer das gleiche: zwei oder mehr Komponenten voneinander zu trennen. Dies kann auf verschiedene Weise erreicht werden, aber die gängigsten Verfahren sind die Adsorption bei variablem Druck (PSA) und die Thermoschwingungsadsorption (TSA). Bei beiden Verfahren wird ein Sieb eingesetzt, regeneriert und wiederverwendet, indem man sich die Tatsache zunutze macht, dass das Sieb unter bestimmten Bedingungen Schadstoffe stärker adsorbiert als unter anderen (physikalische Adsorption).
Wie funktionieren die PSA-Anwendungen?
PSA wird zur Adsorption und Desorption durch Veränderung des Drucks verwendet. Aufgrund der geringen Wärmeleitfähigkeit des Adsorptionsmittels und der durch die Adsorptions- und Desorptionswärme verursachten geringen Temperaturänderungen im Adsorptionsmittelbett kann sein Betrieb als isothermer Prozess betrachtet werden, und seine Arbeitsbedingungen liegen ungefähr entlang der Umgebungsadsorptionsisotherme, wobei die Adsorption bei höherem Druck (P2) und die Desorption bei niedrigerem Druck (P1) erfolgt. Da die Adsorption bei variablem Druck entlang der Adsorptionsisotherme verläuft, hat die Steigung der Adsorptionsisotherme bei konstanter Temperatur einen großen Einfluss auf die Beziehung zwischen dem Druck und der Adsorptionsmenge.
Die Adsorption erfolgt häufig in einer Druckumgebung, und PSA schlägt eine Kombination aus Druckbeaufschlagung und Druckentlastung vor, bei der es sich in der Regel um ein Adsorptions-Desorptions-System handelt, das aus einer Adsorption unter Druck und einer erneuten Druckentlastung besteht. Bei isothermen Bedingungen wird eine Kombination aus Adsorption unter Druck und Desorption unter Druck verwendet, um einen zyklischen Prozess für den Adsorptionsvorgang zu bilden. Die auf dem Adsorptionsmittel adsorbierte Menge nimmt mit steigendem Druck zu und mit sinkendem Druck ab, während das Adsorptionsmittel durch Freisetzung des adsorbierten Gases bei der Druckentlastung (auf Atmosphärendruck oder Vakuum) regeneriert wird. Daher wird die PSA sowohl als isotherme Adsorption als auch als wärmelose Regenerationsadsorption bezeichnet.
Wie funktionieren die TSA-Anwendungen?
TSA war das erste industrialisierte Verfahren für die zyklische Adsorption, bei dem der zyklische Betrieb in zwei parallelen Festbettadsorbern stattfindet. Der eine adsorbiert gelöste Stoffe bei Umgebungstemperatur, während der andere gelöste Stoffe bei einer höheren Temperatur desorbiert, um das Adsorptionsmittelbett zu regenerieren. Das Adsorptionsmittel adsorbiert den gewünschten gelösten Stoff bei Umgebungstemperatur oder niedriger Temperatur, desorbiert den gelösten Stoff vom Adsorptionsmittel durch Erhöhung der Temperatur, und das Adsorptionsmittel selbst wird gleichzeitig regeneriert, bevor es auf die Adsorptionstemperatur abkühlt und in den nächsten Adsorptionszyklus eintritt.
Die Desorption kann zwar durch Verdampfen des gelösten Stoffes allein ohne Reinigungsgas erfolgen, doch wird ein Teil des Dampfes des gelösten Stoffes bei Abkühlung des Bettes wieder adsorbiert, so dass es besser ist, ein Reinigungsmittel zur Entfernung der adsorbierten Masse zu verwenden. Die Desorptionstemperatur ist im Allgemeinen hoch, aber nicht so hoch, dass die Leistung des Adsorptionsmittels beeinträchtigt wird. Der ideale TSA-Zyklus kann im Allgemeinen in vier Schritte unterteilt werden.
① Desorption bei T1-Temperatur, um den Permeationspunkt zu erreichen.
② Beheizung des Bettes auf T2.
③ Desorption bei T2-Temperatur, um eine niedrige Adsorptionsmittelbelastung zu erreichen.
④ Kühlung des Bettes auf T1.
Der eigentliche Zyklus funktioniert ohne diese Phase der konstanten Temperatur. In der Regenerationsphase des Zyklus werden die Schritte ② und ③ kombiniert, wobei das Bett mit vorgewärmtem Spülgas aufgeheizt und desorbiert wird, bis die Eintritts- und Austrittstemperaturen nahe beieinander liegen. Die Schritte ① und ④ werden ebenfalls gleichzeitig durchgeführt. Die Beschickung beginnt erst spät mit der Abkühlung des Bettes, so dass die Adsorption im Wesentlichen bei der Temperatur der Beschickungsflüssigkeit erfolgt. Für einige spezielle TSA-Verfahren, wie die Regeneration des Adsorptionsmittels durch direkte Erhitzung des Adsorptionsmittels mit Dampf, ist häufig ein zusätzlicher Trocknungsschritt des Adsorptionsmittels erforderlich. Aufgrund der langsamen Aufheizung und Abkühlung des Adsorptionsbetts ist die Zykluszeit für TSA lang und reicht von mehreren Stunden bis zu mehreren Tagen.
Unterschied zwischen PSA und TSA
PSA wird häufig für die Trennung von Gasen verwendet. Bei der Trocknung von Gasen wird die Methode der Adsorption unter höherem Druck und der Desorption unter reduziertem Druck auch als variable PSA bezeichnet. Desorption ist in der Regel unter atmosphärischem Druck durchgeführt, einige verwenden Evakuierung, um den Druck zu reduzieren, einfach das Trockenmittel, das Wasser unter hohem Druck im Turm adsorbiert hat, Senkung auf atmosphärischen Druck ist fast nicht Desorption, nach der Senkung des Drucks, muss es in das Re-Gas mit niedrigerer relativer Luftfeuchtigkeit geleitet werden, auch wenn der Partialdruck des Wasserdampfdrucks des Re-Gases geringer ist als der Wenn der Gleichgewichts-Wasserdampfdruck geringer ist als der Gleichgewichts-Wasserdampfdruck an der Oberfläche des Trockenmittels, kann die Desorption vollständig sein. Bei der PSA wird daher das Prinzip angewandt, dass bei der Desorption unter vermindertem Druck der Partialdruck des Wasserdampfes sinkt und die Adsorptionskapazität abnimmt.
Bei der TSA erfolgt die Adsorption bei einer niedrigeren Temperatur und die Desorption bei einer höheren Temperatur. Sie beruht auf dem Prinzip, dass die Adsorptionskapazität mit steigender Temperatur abnimmt und dass, wie bei der PSA, eine einfache Erwärmung des Trockenmittels im Turm weniger wirksam für die Desorption ist. Bei TSA wird die Temperatur des Trockenmittels erhöht, um den Gleichgewichts-Wasserdampfdruck an der Oberfläche des Trockenmittels während der Regeneration zu erhöhen, während bei PSA der Druck gesenkt wird, um den Wasserdampfpartialdruck des Trockenmittels während der Regeneration zu verringern. Ziel ist es, den Wasserdampfpartialdruck bei der Regeneration kleiner zu machen als den Gleichgewichts-Wasserdampfdruck auf der Oberfläche des Trockenmittels, und die Differenz zwischen den beiden Drücken ist die treibende Kraft der Desorption.
Schlussfolgerung
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die PSA mehrere Vorteile gegenüber der TSA hat. Der größte Vorteil besteht darin, dass das Sieb nicht überhitzt wird, was dazu führen kann, dass sich einige Bestandteile des Futtermittelstroms in andere Verbindungen auflösen. Dies führt dazu, dass ein Teil des Einsatzmaterials bei der Umwandlung in diese anderen Verbindungen verloren geht (die dann als Verunreinigungen in den Produktstrom gelangen können). Diese zersetzten Bestandteile bleiben am Sieb haften und vermindern dessen Wirksamkeit in jedem Zyklus.Die PSA-Regeneration vermeidet dieses Problem.
