Tamiz molecular de carbono, como el componente central de Generador de nitrógeno de PSA , es un material de adsorción con una estructura microporosa. El tamaño y la forma de estos microporos están cuidadosamente diseñados para adsorbir selectivamente moléculas de tamaño y polaridad específicos. En el generador de nitrógeno PSA, la tarea principal del tamiz molecular de carbono es separar el oxígeno y el nitrógeno en el aire.

Existen diferencias significativas en el tamaño y la tasa de difusión de las moléculas de oxígeno y nitrógeno en el aire. Las moléculas de oxígeno (O₂) son más pequeñas, con un diámetro de aproximadamente 0.346 nanómetros y una velocidad de difusión más alta; Mientras que las moléculas de nitrógeno (N₂) son más grandes, con un diámetro de aproximadamente 0.364 nanómetros y una velocidad de difusión relativamente baja. Cuando el aire pasa a través de tamices moleculares de carbono, estas diferencias se convierten en la clave para la separación.

Bajo presión, las moléculas de oxígeno en el aire pueden ingresar a los microporos de tamices moleculares de carbono más rápido debido a su menor diámetro y mayor tasa de difusión. Estos microporos tienen una fuerte fuerza de adsorción en las moléculas de oxígeno, de modo que las moléculas de oxígeno están firmemente adsorbidas en la superficie y dentro de los tamices moleculares de carbono. Al mismo tiempo, las moléculas de nitrógeno no son fáciles de ingresar a los microporos de tamices moleculares de carbono debido a su gran diámetro y baja velocidad de difusión, por lo que se enriquecen en la fase gaseosa.

A medida que avanza el proceso de adsorción, la concentración de moléculas de oxígeno en el tamiz molecular de carbono aumenta gradualmente, mientras que las moléculas de nitrógeno se excluyen gradualmente de la fase gaseosa. Cuando la adsorción alcanza la saturación, las moléculas de oxígeno adsorbidas pueden desorberse del tamiz molecular de carbono reduciendo la presión o introduciendo gas inerte para la purga, logrando así la regeneración del tamiz molecular de carbono. Este proceso es cíclico y el nitrógeno se puede producir continuamente desde el aire.

Según el rendimiento de la adsorción y el efecto cinético de los tamices moleculares de carbono, los generadores de nitrógeno PSA logran una separación efectiva de oxígeno y nitrógeno en el aire. Su principio de trabajo se puede resumir de la siguiente manera:
Adsorción de presión: el aire ingresa a la torre de adsorción del generador de nitrógeno PSA y pasa a través de la capa de tamiz molecular de carbono bajo presión. En este momento, las moléculas de oxígeno están adsorbidas por el tamiz molecular de carbono, mientras que las moléculas de nitrógeno se enriquecen en la fase gaseosa.
Reducción de la presión igualada: cuando las moléculas de oxígeno en la torre de adsorción alcanzan la saturación, la presión en la torre de adsorción se reduce gradualmente ajustando la válvula. Este proceso ayuda a reducir el consumo de energía y mejorar la pureza de nitrógeno.
Regeneración inversa: al reducir la presión, se introduce un gas inerte (como el nitrógeno en sí) para la purga, de modo que las moléculas de oxígeno adsorbidas se desorben del tamiz molecular de carbono. Este proceso logra la regeneración del tamiz molecular de carbono y se prepara para la próxima ronda de proceso de adsorción.
Flushing y aumento: después de la regeneración inversa, el paso de gasolina residual en la torre de adsorción se elimina aún más por el paso de lavado, y el paso de impulso se usa para prepararse para la próxima ronda de proceso de adsorción.

A través del ciclo de los pasos anteriores, el generador de nitrógeno PSA puede producir continuamente nitrógeno del aire. Este proceso no solo es eficiente y de ahorro de energía, sino también ecológico y sin contaminación. En comparación con la producción tradicional de nitrógeno criogénico o químico, el generador de nitrógeno PSA tiene importantes ventajas de rendimiento:
Alta eficiencia y ahorro de energía: el generador de nitrógeno PSA tiene un bajo consumo de energía y costos operativos relativamente bajos.
Amable ambiental y sin contaminación: todo el proceso de producción de nitrógeno no requiere el uso de reactivos químicos o la generación de desechos peligrosos, que es ecológico.
Fácil de operar: los generadores modernos de nitrógeno PSA generalmente usan control de microcomputador o control del programa PLC, que realiza una operación completamente automatizada y reduce la dificultad y la intensidad de la mano de obra.
Amplia gama de aplicaciones: los generadores de nitrógeno PSA pueden ajustar la pureza y el flujo de nitrógeno de acuerdo con las necesidades reales, y son adecuadas para una variedad de campos industriales y escenarios de aplicación.