Современная электроника №6/2022

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 14 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2022 Автоматизированная система управления регулированием давления газа в производстве азота методом короткоцикловой безнагревной адсорбции Рис. 1. Генератор азота Рис. 2. Наполненный информацией прототип карточки клиента В статье рассмотрена проблема деформации адсорбента на основе углеродного молекулярного сита под давлением и предложено решение для увеличения срока службы используемого адсорбента в производстве азота методом короткоцикловой адсорбции. Приведён пример проекта внедрения автоматизированной системы управления в производство азота. Александр Саркисов (РТУ МИРЭА) Введение Технологический процесс производ- ства азота методом короткоцикловой безнагревной адсорбции состоит из нескольких этапов. Ключевым этапом производства является процесс адсорб- ции (поглощения) молекул кислорода из сжатого воздуха и насыщение объёма ёмкостей генератора азота молекулами азота. Работа генератора азота циклич- на, и во время каждого цикла перепад давления достигает от 3 до 10 бар, вслед- ствие чего гранулы углеродного моле- кулярного сита деформируются и теря- ют свои свойства. Потеря адсорбентом своих свойств влечёт за собой сниже- ние качества производимого продукта, что создаёт экономические риски для владельцев производства. При анализе предлагаемых азотных станций у боль- шинства производителей отсутствует система регулирования давления газа, и значение давления на входе в генера- тор азота определяется компрессором на самом первом этапе производства. Данная концепция азотных станций не позволяет использовать максимальный ресурс используемого адсорбента, что приводит к замене дорогостоящего обо- рудования и материалов и повышению себестоимости производства азота. Основная часть Процесс генерации азота состоит из нескольких этапов: 1)сжатие воздуха; 2) осушение сжатого воздуха; 3) очистка от примесей; 4)подготовка воздуха; 5) адсорбционное разделение; 6) накопление азота. Атмосферный воздух сжимается в компрессоре, проходит систему очист- ки, состоящей из трёх фильтров и осу- шителя, накапливается в воздухосбор- нике и попадает в генератор азота, в котором происходит разделение молекул кислорода и молекул азота методом короткоцикловой безнагрев- ной адсорбции. Молекулы кислорода захватываются адсорбентом, в то вре- мя как молекулы азота беспрепятствен- но проходят адсорбент и поступают потребителю. Генератор азота (рис. 1) состоит из двух ёмкостей, наполненных гранулами углеродного молекулярно- го сита, системы трубопровода и кла- панов. От плотности и размера гранул в ёмкостях генератора азота, давления сжатого воздуха, его температуры и сте- пени очистки на входе в адсорбцион- ную установку зависит чистота и про- дуктивность получения азота. Работа генератора азота по мето- ду короткоцикловой безнагревной адсорбции циклична. Цикл состоит из нескольких этапов: 1)Адсорбция при парциальном давле- нии в первом адсорбере. 2) Регенерация адсорбента во втором адсорбере. 3)Выравнивание давления в адсорбе- рах. 4)Адсорбция при парциальном давле- нии во втором адсорбере. Время цикла зависит от характе- ристик адсорбента и может быть представлено с помощью изотермы адсорбции. Изотерма адсорбции – это зависимость адсорбционной способно- сти от давления при постоянной темпе- ратуре. Изотерма адсорбции является источником информации о структуре адсорбента, тепловом эффекте адсорб- ции и ряде других физико-химических и технологических характеристик [1]. Лучшая адсорбция кислорода происхо- дит при температуре 20°C и давлении X(t) f(t) Y(t) (–) W2 Коррек. фильтр Электро- двигатель Регулятор Заслонка Газоход Датчик W3 W4 W5 W0 W1 (+)