Membran-Stickstoffgeneratoren basieren auf einem einfachen Funktionsprinzip. Der Hauptbestandteil eines Membrangenerators ist das Membranmodul, das mit kleinen, hohlen Polymerfasern gefüllt ist.
Die trockene und saubere Druckluft tritt in das Membranmodul ein und aufgrund der Struktur der Polymerfasern strömen verschiedene Bestandteile der Luft an die Außenseite der Faser. Dieser Vorgang wird als Permeation bezeichnet. Während dieses Prozesses treten Feuchtigkeit und Sauerstoff durch die Membranseiten der Fasern aus. Am Ende bleibt nur Stickstoff übrig. Dies ist möglich, da verschiedene Moleküle unterschiedlich schnell diffundieren. H2O durchdringt sehr schnell, Sauerstoff braucht etwas länger. Aufgrund der Permeation durch die Faserwand würde im Inneren des Membrangehäuses ein Überdruck entstehen. Die Fasern würden verstopfen, und die Permeationseffizienz erheblich sinken. Um dies zu verhindern, gibt es eine Öffnung im Gehäuse, die Permeatentlüftung, durch die diese "Abgase" entweichen können.
Es ist sehr wichtig, dass die Ansaugluft sauber und trocken ist, bevor sie in die Membran eintritt. Wenn dies nicht der Fall ist, verstopfen die flachen Fasern schnell. Um dies zu verhindern, muss eine korrekte Luftaufbereitung der Zuluft installiert werden. In einigen Fällen sind die erforderlichen Filter und Trockner bereits in den Generator selbst eingebaut. Dies würde bedeuten, dass in manchen Fällen keine zusätzlichen Filter zwischen Kompressor und Generator installiert werden müssen. Die Fasern der Membran können Wasserdampf ohne große Probleme aufnehmen. Es ist jedoch sehr wichtig, dass die Luft frei von flüssigem Wasser ist, da dies die Membran beschädigt. Daher muss dem Generator eine gute Lösung zur Wasserabscheidung vorgeschaltet sein, z. B. durch ein Kältetrockner. Wenn man sich um die Ansaugluft des Generators kümmert, schützt man die Membran und gewährleistet eine lange Lebensdauer.
Adsorption ist der Prozess, bei dem Atome, Ionen oder Moleküle einer Substanz (in diesem Fall Druckluft) an der Oberfläche eines Adsorptionsmittels haften.
Ein PSA-Stickstoffgenerator isoliert Stickstoff; die anderen Gase im Druckluftstrom (Sauerstoff, CO2 und Wasserdampf) werden adsorbiert, so dass im Wesentlichen reiner Stickstoff zurückbleibt. Die PSA-Stickstoffgeneratortechnologie ist ein einfacher, zuverlässiger und kostengünstiger Ansatz zur Stickstofferzeugung, der einen kontinuierlichen Stickstofffluss mit hoher Kapazität und dem gewünschten Reinheitsgrad ermöglicht.
Bei der PSA wird Sauerstoff aus dem Druckluftstrom abgeschieden, indem sich die Moleküle an ein Kohlenstoffmolekularsieb binden. Dies geschieht in zwei separaten Druckbehältern (Behälter A und Behälter B), die jeweils mit einem Kohlenstoffmolekularsieb (CMS) gefüllt sind und zwischen einem Abtrennungsprozess und einem Regenerationsprozess wechseln. Saubere und trockene Druckluft gelangt in Behälter A.
Da Sauerstoffmoleküle kleiner sind als Stickstoffmoleküle, werden diese vom CMS adsorbiert. Stickstoffmoleküle passen nicht durch die Poren, so dass sie vom CMS nicht adsorbiert werden und so Stickstoff in der gewünschten Reinheit erzeugt wird. Diese Phase wird als Adsorptions- oder Trennphase bezeichnet. Der größte Teil des in Behälter A erzeugten Stickstoffs verlässt das System und kann dann über einen Systembehälter direkt verwendet oder gelagert werden. Anschließend wird ein kleiner Teil des erzeugten Stickstoffs in Behälter B in die entgegengesetzte Richtung geleitet.
Durch die Druckentlastung in Behälter A verlieren die Kohlenstoffmolekularsiebe ihre Fähigkeit, die Sauerstoffmoleküle zu halten. Diese lösen sich vom CMS und werden von dem kleinen Stickstoffstrom aus Behälter B fortgetragen. Das PSA-System mit zwei Behältern wechselt zwischen Adsorption und Regeneration, um eine kontinuierliche Stickstoffproduktion mit dem gewünschten Reinheitsgrad zu gewährleisten. Der Stickstoffgasgenerator NGP+ von Atlas Copco bietet alle Vorteile der PSA-Technologie in einer zuverlässigen und effizienten Plug-and-Play-Lösung.
ERREICHBARE REINHEIT
EFFIZIENT BIS ZU 99,999 %
EFFIZIENT BIS ZU 99,5 %
EFFIZIENZ
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LEISTUNG IM VERGLEICH ZU TEMP.
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MITTEL
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SERVICE-INTENSITÄT
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ANLAUFGESCHWINDIGKEIT NACH ABSCHALTUNG
SCHNELL
EMPFINDLICHKEIT VON WASSER (DAMPF)
NIEDRIG (KEIN FLÜSSIGES WASSER)
ÖLEMPFINDLICHKEIT
NICHT ZULÄSSIG (<0,01 mg/m3)
GERÄUSCHPEGEL
GEWICHT
Es ist wichtig, den Reinheitsgrad zu kennen, der für jede Anwendung zur gezielten Erzeugung von Stickstoff vor Ort erforderlich ist. Durch eine Reduzierung der Stickstoffreinheit kann eine Energieeinsparung von über 50% erzielt werden. Nichtsdestotrotz gibt es einige allgemeine Anforderungen an die Ansaugluft. Die Druckluft muss sauber und trocken sein, bevor sie in den Stickstoffgenerator gelangt, da sich dies positiv auf die Stickstoffqualität auswirkt und außerdem verhindert, dass das CMS durch Feuchtigkeit und Öldämpfe beschädigt wird.
Um die Luft ordnungsgemäß aufbereiten zu können, muss sich zwischen Kompressor und Generator ein Trockner befinden. Wenn die Ansaugluft von einem ölgeschmierten Kompressor erzeugt wird, muss ein Ölkoaleszenz- und Kohlefilter installiert werden, der alle Verunreinigungen beseitigt, bevor die Druckluft den Stickstoffgenerator erreicht. Druck-, Temperatur- und Drucktaupunktsensoren sind in den Generatoren als Ausfallsicherung installiert, um zu verhindern, dass verunreinigte Luft in das PSA-System gelangt. Dadurch wird eine lange Lebensdauer gewährleistet.
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