Principio di funzionamento fondamentale del setaccio molecolare al carbonio (CMS): separazione cinetica.

Primo, il principio secondo cui setacci molecolari al carbonio l'aria separata (N₂ e O₂) non si basa sull'adsorbimento in equilibrio statico della dimensione molecolare o della polarità, ma piuttosto sulla differenza nelle velocità di diffusione.

Ossigeno (O₂): ha un diametro cinetico inferiore (circa 0,346 nm). La sua velocità di diffusione all'interno dei micropori del setaccio molecolare di carbonio è molto elevata, consentendogli di essere rapidamente adsorbito nei canali porosi.

Azoto (N₂): ha un diametro cinetico leggermente maggiore (circa 0,364 nm). La sua velocità di diffusione all'interno dei micropori è molto più lenta di quella dell'ossigeno.

Sebbene l'azoto possa essere eventualmente adsorbito, la dimensione dei pori del setaccio molecolare del carbonio è controllata con precisione, in modo che le velocità alle quali i due gas si diffondono nei pori differiscano di un ordine di grandezza (in genere, l'O₂ si diffonde centinaia di volte più velocemente dell'N₂).

Descrizione del processo (adsorbimento a pressione oscillante, PSA)

I sistemi di generazione di azoto mediante adsorbimento a pressione oscillante sono in genere costituiti da due torri di adsorbimento riempite con setaccio molecolare al carbonio.

Fase di adsorbimento: l'aria compressa attraversa una torre di adsorbimento dal basso verso l'alto. Le impurità come ossigeno, vapore acqueo e anidride carbonica vengono rapidamente adsorbite dal setaccio molecolare in carbonio, mentre l'azoto, che si diffonde lentamente, attraversa la torre e viene emesso come gas prodotto ad elevata purezza.

Fase di rigenerazione: poco prima che questa torre di adsorbimento si satura, il sistema passa automaticamente all'altra torre. La torre satura viene quindi rigenerata depressurizzandola rapidamente (desorbimento), rilasciando così nell'atmosfera l'ossigeno adsorbito e altre impurità.

Le due torri alternano le fasi di adsorbimento e rigenerazione, consentendo così una produzione continua di azoto.

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