पीएसए ऑक्सीजन जनरेटर की कहानी

प्रेशर स्विंग एडसोर्प्शन (PSA) कोई नई प्रक्रिया नहीं है और, अधिकांश अच्छे आविष्कारों की तरह, पीछे देखने पर यह सिद्धांत स्पष्ट प्रतीत होता है। सभी एडसोर्प्शन पृथक्करण प्रक्रियाओं में, अनिवार्य आवश्यकता एक एडसोर्प्शन-बेंट है जो मिश्रित फ़ीड से एक घटक (या संबंधित घटकों के एक परिवार) को प्राथमिकता से एडसोर्प्शन करता है। यह चयनात्मकता एडसोर्प्शन संतुलन में अंतर या इम्सोर्प्शन दरों में अंतर (काइन्टिक चयनात्मकता) पर निर्भर हो सकती है। कुछ मामलों में दरों में अंतर इतना अधिक हो सकता है कि धीमी गति से फैलने वाली प्रजातियाँ प्रभावी रूप से एडसोर्प्शन (आकार-चयनात्मक छलनी) से पूरी तरह बाहर हो जाती हैं, और इस स्थिति में एक बहुत ही कुशल पृथक्करण स्पष्ट रूप से प्राप्त किया जा सकता है।

सभी अधिशोषण पृथक्करण प्रक्रियाओं में दो प्रमुख चरण सम्मिलित होते हैं:

(1) अधिशोषण, जिसके दौरान अधिमानतः अधिशोषित कणों को फ़ीड से निकाल लिया जाता है;
(2) पुनर्जनन या विशोषण, जिसके दौरान इन प्रजातियों को अधिशोषक से हटा दिया जाता है, इस प्रकार अगले चक्र में उपयोग के लिए अधिशोषक को "पुनर्जीवित" किया जाता है। या तो अधिशोषण या पुनर्जनन चरणों से या दोनों चरणों से उपयोगी उत्पाद। अधिशोषण चरण के दौरान बहिःस्राव शुद्ध किया जाता है "रफिनेट" उत्पाद जिसमें से अधिमानतः अधिशोषित पदार्थ हटा दिए गए हैं। पुनर्जनन चरण के दौरान प्राप्त होने वाले विशोषण में अधिक दृढ़ता से अधिशोषित पदार्थ केंद्रित रूप में (फ़ीड के सापेक्ष) होते हैं और इसे कभी-कभी "अर्क" उत्पाद कहा जाता है।

पीएसए प्रक्रिया की अनिवार्य विशेषता यह है कि पुनर्जनन चरण के दौरान, तापमान बढ़ाने या विस्थापित करने वाले एजेंट के साथ शुद्धिकरण करने के बजाय, कुल दबाव को कम करके अधिमानतः अवशोषित प्रजातियों को हटा दिया जाता है।

पीएसए प्रक्रिया की अवधारणा। (ए) दबाव के साथ अवशोषण संतुलन लोडिंग। (एच) एक मानक दो-बिस्तर पीएसए प्रक्रिया में दृढ़ता से अवशोषित नमूनों के लिए अवशोषण चरण प्रोफ़ाइल के मिश्रण को दर्शाने वाला एक अनुकूलित स्केच।

एजेंट (हालांकि चक्र में सामान्यतः कम दबाव वाला शुद्धिकरण चरण शामिल होता है) प्रक्रिया लगभग समतापी स्थितियों में संचालित होती है, ताकि उपयोगी क्षमता दो बिंदुओं के बीच लोडिंग में अंतर हो, जो समान समतापी पर फ़ीड और पुनर्जनन दबावों के अनुरूप हो [चित्र 1.1(a)l. चित्र 1.1(b) उच्च दबाव फ़ीड और निम्न दबाव पुनर्जनन चरणों के दौरान सांद्रता प्रोफ़ाइल की गति को योजनाबद्ध रूप से दिखाता है। फ़ीड चरण सामान्य रूप से अधिक दृढ़ता से अधिशोषित घटक के बिस्तर से टूटने से पहले समाप्त हो जाता है, जबकि पुनर्जनन चरण सामान्य रूप से बिस्तर के पूरी तरह से विशोषित होने से पहले समाप्त हो जाता है। चक्रीय स्थिर अवस्था में प्रोफ़ाइल इसलिए बिस्तर में एक औसत स्थिति के बारे में दोलन करती है

 

पीएसए ऑक्सीजन गैस जनरेटर

पीएसए मेडिकल ऑक्सीजन जनरेटर

पीएसए मेडिकल ऑक्सीजन प्लांट

पीएसए का एक प्रमुख लाभ, जो अन्य प्रकार की अधिशोषण प्रक्रिया जैसे थर्मल स्विंग के सापेक्ष है, यह है कि दाब को तापमान की तुलना में अधिक तेजी से बदला जा सकता है, इस प्रकार एक पीएसए प्रक्रिया को बहुत तेज चक्र पर संचालित करना संभव हो जाता है, जिससे प्रति इकाई अधिशोषण बिस्तर की मात्रा में वृद्धि होती है। प्रमुख सीमा यह है कि पीएसए प्रक्रिया उन घटकों तक सीमित होती है जो बहुत अधिक दृढ़ता से अधिशोषित नहीं होते हैं। यदि अधिमानतः अधिशोषित प्रजाति बहुत अधिक दृढ़ता से अधिशोषित होती है, तो पुनर्जनन चरण के दौरान विशोषण को प्रभावी करने के लिए एक गैर-आर्थिक रूप से उच्च वैक्यूम की आवश्यकता होती है। इस प्रकार, बहुत दृढ़ता से अधिशोषित घटकों के लिए थर्माई स्विंग आमतौर पर पसंदीदा विकल्प होता है क्योंकि तापमान का मामूली परिवर्तन, सामान्य रूप से, गैस-ठोस अधिशोषण मात्रा स्थिरांक में अपेक्षाकृत बड़ा परिवर्तन उत्पन्न करता है।

पीएसए प्रक्रियाएं, अधिकांश पारंपरिक पृथक्करण प्रक्रियाओं की तुलना में अधिक जटिल नहीं हैं, लेकिन वे एक आवश्यक विशेषता में भिन्न हैं: पीटीओ प्रक्रिया क्षणिक स्थितियों के तहत संचालित होती है, जबकि अवशोषण, निष्कर्षण और विसंक्रमण जैसी अधिकांश प्रक्रियाएं स्थिर अवस्था की स्थितियों के तहत संचालित होती हैं।

परिणामस्वरूप, वैचारिक रूपरेखा और डिजाइन प्रक्रियाएँ दोनों ही काफी अलग हैं। इस अंतर को गणितीय शब्दों में सबसे अच्छी तरह से समझाया जा सकता है। एक स्थिर-अवस्था प्रक्रिया को गणितीय रूप से एक साधारण विभेदक समीकरण (या साधारण विभेदक समीकरणों के एक सेट) द्वारा वर्णित किया जा सकता है, और परिचालन चर और प्रक्रिया प्रदर्शन के बीच संबंध प्राप्त करने के लिए केवल समीकरणों के इस सेट के एकीकरण की आवश्यकता होती है। इसके विपरीत, एक क्षणिक प्रक्रिया को आंशिक अंतर समीकरणों के एक सेट द्वारा वर्णित किया जाता है और इसके लिए अधिक जटिल समाधान प्रक्रिया की आवश्यकता होती है। परिणामस्वरूप प्रक्रिया प्रदर्शन और परिचालन चर के बीच संबंध आम तौर पर कम स्पष्ट होता है। PSA इकाइयों की प्रक्रियाएँ या डिज़ाइन और स्केलअप अधिकांश भाग के लिए खुले साहित्य में उपलब्ध हैं। हालाँकि, उन्हें अभी तक सामान्य रासायनिक इंजीनियरिंग पाठ्यक्रम के हिस्से के रूप में आम तौर पर स्वीकार नहीं किया गया है और, परिणामस्वरूप, रहस्य की एक निश्चित हवा बनी हुई है।

प्रारंभिक स्थापना के बावजूद, यह वास्तव में केवल 1980 के दशक के दौरान ही था कि PSA प्रक्रियाओं को व्यापक व्यावसायिक स्वीकृति मिली। यह चित्र 1.2 में दर्शाया गया है, जो वर्ष के मुकाबले PSA प्रक्रियाओं से संबंधित प्रकाशनों और अमेरिकी पेटेंट की वार्षिक संख्या का एक प्लॉट दिखाता है। ऐसी प्रक्रियाओं के आविष्कार और व्यावसायीकरण के बीच असामान्य रूप से लंबे विलंब के कारण पूरी तरह से स्पष्ट नहीं हैं, लेकिन ऐसा लगता है कि क्रायोजेनिक गैस उद्योग में निहित हितों का विरोध और अभ्यास करने वाले इंजीनियरों के बीच अंतर्निहित सिद्धांतों से परिचित न होना संभवतः महत्वपूर्ण कारक थे। 1970 के दशक के दौरान वैकल्पिक पृथक्करण ड्रो-सेस में रुचि कच्चे तेल की बढ़ती कीमत से जुड़ी ऊर्जा लागतों में वृद्धि से प्रेरित थी। हालाँकि 1980 के दशक के दौरान ऊर्जा लागत में गिरावट आई, लेकिन वैकल्पिक प्रक्रियाओं की जाँच करने और उत्पाद विनिर्देशों के साथ प्रौद्योगिकी का मिलान करने की प्रेरणा जारी रही।