A geração de nitrogênio no local permite que instalações industriais produzam nitrogênio diretamente a partir do ar comprimido, em vez de depender exclusivamente do fornecimento de gás por terceiros.
O gerador de nitrogênio PSA da Lingyu utiliza duas torres de adsorção preenchidas com Peneira Molecular de Carbono (CMS). O oxigênio é adsorvido preferencialmente pela CMS, enquanto o nitrogênio atravessa o leito de adsorção e é coletado como gás produto. A alternância automática das torres permite que a produção de nitrogênio continue enquanto a torre oposta passa pelo processo de regeneração.
Para aplicações que exigem nitrogênio com pureza de 99%, a Série LYZD-B oferece capacidades de produção de 15 a 530 m³/h. Usuários que desejam comparar outros níveis de pureza e configurações de geração de nitrogênio também podem consultar a linha de geradores de nitrogênio da Lingyu.
Como Funciona a Geração de Nitrogênio por PSA
A Adsorção por Oscilação de Pressão, ou PSA, utiliza duas torres de adsorção que alternam entre adsorção e regeneração.
Adsorção
O ar comprimido entra em uma torre de adsorção contendo Peneira Molecular de Carbono.
A CMS adsorve preferencialmente as moléculas de oxigênio, enquanto o nitrogênio atravessa o leito de adsorção e sai como gás produto.
Regeneração
Enquanto uma torre produz nitrogênio, a outra é despressurizada.
O oxigênio retido pela CMS é liberado durante a despressurização e descarregado para a atmosfera com a ajuda de uma pequena quantidade de gás nitrogênio de purga.
Alternância Automática das Torres
Quando a torre de adsorção ativa atinge sua capacidade predeterminada de adsorção, o sistema de controle alterna as funções das duas torres.
A torre regenerada inicia a adsorção, enquanto a torre anteriormente ativa entra em regeneração.
Esse processo alternado permite que o sistema PSA forneça nitrogênio continuamente na pureza especificada.
Operação Automática Controlada por PLC
O gerador de nitrogênio PSA utiliza válvulas pneumáticas controladas por PLC para gerenciar automaticamente a adsorção, regeneração, alterações de pressão e alternância das torres.
O sistema oferece partida e parada automáticas, alternância automática dos ciclos de operação e sequenciamento das válvulas pneumáticas controlado por PLC.
Portanto, durante a produção normal, os operadores não precisam alternar manualmente as torres de adsorção.
Ciclo de Alternância
O ciclo padrão de alternância é de:
45–60 segundos
O sequenciamento correto é importante porque as etapas de adsorção e regeneração precisam permanecer coordenadas para manter uma produção estável de nitrogênio.
Condições Operacionais Padrão do Sistema PSA
O gerador de nitrogênio PSA opera dentro das seguintes condições gerais da série:
| Parâmetro | Especificação |
|---|---|
| Temperatura do ar de entrada | ≤40 °C |
| Pressão do ar de entrada | 0,5–0,8 MPa |
| Pureza de nitrogênio disponível | 95%–99,999% |
| Ponto de orvalho do nitrogênio | ≤−40 °C |
| Temperatura ambiente | ≤40 °C |
| Ciclo de alternância | 45–60 s |
| Alimentação elétrica | 220 V / 50 Hz |
| Nível de ruído | ≤75 dB |
A Série PSA mais ampla oferece níveis de pureza de nitrogênio entre 95% e 99,999%, enquanto a configuração LYZD-B abordada aqui é voltada especificamente para a produção de nitrogênio com 99% de pureza.
Parâmetros Técnicos do Gerador de Nitrogênio LYZD-B de 99%
A seguir estão algumas especificações representativas da Série LYZD-B.
| Modelo | Produção de Nitrogênio | Entrada | Saída | Dimensões Totais A × C × L | Consumo Efetivo de Ar |
| LYZD-B15 | 15 m³/h | DN15 | DN15 | 1500 × 850 × 500 mm | 0,55 m³/min |
| LYZD-B25 | 25 m³/h | DN20 | DN15 | 1800 × 900 × 600 mm | 0,91 m³/min |
| LYZD-B50 | 50 m³/h | DN25 | DN25 | 2400 × 1150 × 700 mm | 2,00 m³/min |
| LYZD-B90 | 90 m³/h | DN32 | DN32 | 2600 × 1150 × 800 mm | 3,30 m³/min |
| LYZD-B140 | 140 m³/h | DN40 | DN40 | 2600 × 1500 × 900 mm | 5,13 m³/min |
| LYZD-B220 | 220 m³/h | DN50 | DN40 | 2750 × 1900 × 1000 mm | 8,06 m³/min |
| LYZD-B310 | 310 m³/h | DN65 | DN50 | 3031 × 2350 × 1200 mm | 11,36 m³/min |
| LYZD-B530 | 530 m³/h | DN80 | DN80 | 3350 × 2900 × 1650 mm | 19,43 m³/min |
As dimensões do LYZD-B530 são 3350 × 2900 × 1650 mm.
A linha também inclui modelos intermediários, como LYZD-B35, B45, B60, B70, B110, B120, B160, B180, B260, B350, B400, B440 e B480. Portanto, os modelos apresentados na tabela são seleções representativas, e não a faixa completa de tamanhos.
Por Que o Consumo de Ar Comprimido É Importante
A capacidade de produção de nitrogênio não pode ser avaliada de forma independente da demanda de ar comprimido.
Cada modelo LYZD-B exige uma quantidade correspondente de ar comprimido.
Por exemplo:
| Modelo | Produção de Nitrogênio | Consumo Efetivo de Ar |
| LYZD-B15 | 15 m³/h | 0,55 m³/min |
| LYZD-B140 | 140 m³/h | 5,13 m³/min |
| LYZD-B310 | 310 m³/h | 11,36 m³/min |
| LYZD-B530 | 530 m³/h | 19,43 m³/min |
Portanto, a instalação deve confirmar que seu sistema de compressores consegue fornecer vazão suficiente de ar comprimido na pressão e qualidade necessárias, ao mesmo tempo que atende às demais demandas de ar da planta.
Selecionar um gerador de nitrogênio apenas com base na vazão de nitrogênio necessária pode resultar em um fornecimento de ar comprimido subdimensionado.
Condições de Projeto para o Desempenho Nominal
Os dados de desempenho do LYZD-B são baseados em condições operacionais definidas:
Pressão de adsorção: 0,8 MPa(g)
Temperatura ambiente: 20 °C
Umidade relativa do ar de alimentação: 80%
A capacidade real de produção de nitrogênio e o consumo de ar comprimido podem variar quando a pressão no local, temperatura ambiente, carga de umidade na entrada ou outras condições operacionais diferem dessas condições de projeto.
Portanto, a seleção do modelo deve considerar as condições reais da central de compressores, e não apenas a demanda de nitrogênio.
Pureza do Nitrogênio e Capacidade
O dimensionamento de um gerador de nitrogênio PSA envolve uma relação entre pureza do nitrogênio, vazão do produto e consumo de ar comprimido.
A Série PSA oferece níveis de pureza de 95% a 99,999%, mas esta configuração LYZD-B é destinada especificamente à produção de nitrogênio com 99% de pureza.
Um processo que exija maior pureza de nitrogênio deve ser tratado como uma configuração técnica diferente, em vez de presumir que o mesmo modelo de 99% manterá a mesma vazão nominal de nitrogênio após uma alteração de pureza.
Usuários que necessitam de outros níveis de pureza podem comparar as configurações disponíveis na linha de geradores de nitrogênio da Lingyu.
Ponto de Orvalho do Nitrogênio
O ponto de orvalho padrão do nitrogênio é:
≤−40 °C
A pureza do nitrogênio, por si só, não define todo o requisito de qualidade do gás. A umidade residual também pode afetar os processos de produção.
Aplicações sensíveis tanto à concentração de oxigênio quanto à umidade devem, portanto, definir pelo menos dois parâmetros separados:
- Pureza de nitrogênio necessária
- Ponto de orvalho de nitrogênio necessário
Ambos devem ser considerados durante a seleção do sistema de geração de nitrogênio.
Monitoramento em Tempo Real da Pureza e da Vazão de Nitrogênio
O sistema PSA oferece monitoramento em tempo real da pureza do nitrogênio e da vazão de nitrogênio.
Os operadores podem acompanhar se a produção de nitrogênio permanece dentro das condições exigidas pelo processo enquanto o sistema está em operação.
A tela digital sensível ao toque exibe parâmetros importantes, incluindo pressão, pureza do nitrogênio, vazão e estado de operação do sistema.
Isso proporciona visibilidade direta tanto sobre a qualidade do gás quanto sobre as condições operacionais do sistema PSA.
Proteção Contra Nitrogênio Fora de Especificação
O gerador de nitrogênio PSA inclui funções de alarme e proteção para nitrogênio fora de especificação.
Se a pureza do nitrogênio cair abaixo do valor especificado, o sistema ativa um alarme.
Se a condição fora de especificação continuar por um período predefinido, o sistema desliga automaticamente como medida de proteção.
Essa função é particularmente importante para processos que não podem aceitar nitrogênio abaixo da pureza exigida.
Compactação Automática da CMS
O gerador de nitrogênio inclui um sistema automático de compactação da Peneira Molecular de Carbono.
O mecanismo ajuda a manter a densidade adequada de empacotamento da CMS e reduz sua movimentação dentro do leito de adsorção, o que poderia contribuir para a pulverização do material.
Uma compactação estável da CMS é importante porque a condição do leito de adsorção afeta diretamente o desempenho do gerador de nitrogênio a longo prazo.
Portanto, a manutenção deve se concentrar na condição real da CMS e no desempenho do sistema, em vez de depender de um intervalo universal fixo de substituição.
Equalização de Pressão e Eficiência Energética
O sistema PSA utiliza um processo otimizado de equalização por pressão desigual.
Esse processo melhora a eficiência de recuperação do nitrogênio e pode reduzir indiretamente o consumo total de energia em aproximadamente 5%.
O benefício energético real depende das condições de operação, carga de produção, desempenho do compressor, demanda de nitrogênio e configuração do sistema. Portanto, o valor de aproximadamente 5% não deve ser tratado como uma economia garantida para todas as instalações.
Pré-Tratamento do Ar Comprimido
A Peneira Molecular de Carbono deve receber ar comprimido que atenda às condições exigidas de qualidade de entrada.
Um sistema completo de geração de nitrogênio PSA pode incluir, a montante, um reservatório de ar, um secador de ar por refrigeração e múltiplos estágios de filtragem antes que o ar comprimido entre nas torres de adsorção.
Por Que o Pré-Tratamento É Importante
Água líquida, contaminação por óleo e partículas podem afetar negativamente o desempenho da CMS e a estabilidade da adsorção a longo prazo.
Um pré-tratamento adequado ajuda a proteger o leito de adsorção e contribui para a estabilidade da pureza e da vazão de nitrogênio.
Quando for necessária filtragem adicional, os filtros de precisão para ar comprimido da Lingyu podem ser incorporados ao sistema de pré-tratamento.
Os graus e a disposição dos filtros devem ser selecionados de acordo com o tipo de compressor, qualidade do ar de entrada e requisitos do gerador de nitrogênio.
Armazenamento Intermediário e Fornecimento de Nitrogênio
O sistema completo também pode incorporar um reservatório pulmão de nitrogênio, analisador de nitrogênio/oxigênio, saída para nitrogênio fora de especificação, válvula de controle e conexão final de fornecimento de nitrogênio.
Função do Reservatório Pulmão de Nitrogênio
O reservatório pulmão de nitrogênio não é simplesmente um tanque de armazenamento.
Ele pode ajudar a separar o processo cíclico de produção do PSA das flutuações no consumo de nitrogênio a jusante e contribuir para condições de fornecimento mais estáveis.
O projeto do sistema deve considerar:
- Taxa de produção de nitrogênio
- Consumo instantâneo de nitrogênio
- Estabilidade da pressão de fornecimento
- Volume do reservatório pulmão
- Demanda da tubulação
- Padrão operacional do processo
Portanto, a capacidade necessária do reservatório pulmão deve ser compatível com o perfil real de produção e consumo.
Nitrogênio com 99% de Pureza É Adequado para Todas as Aplicações?
Uma especificação de pureza de 99% não deve ser aplicada universalmente a diferentes setores.
Embalagem de alimentos, eletrônica, produtos farmacêuticos, laboratórios, processamento a laser, bebidas, petróleo e gás e outros processos industriais podem utilizar nitrogênio, mas os níveis de pureza exigidos podem variar significativamente de acordo com o processo.
Um gerador de nitrogênio PSA de 99% é adequado quando a especificação do processo permite aproximadamente 1% de componentes residuais diferentes do nitrogênio.
Aplicações que exigem menor teor residual de oxigênio ou maior pureza de nitrogênio devem utilizar uma configuração diferente de geração ou purificação de nitrogênio.
Para informações específicas por setor sobre ar comprimido e tratamento de gases, os usuários podem consultar as soluções da Lingyu para alimentos e bebidas.
Nitrogênio PSA de 99% vs. Nitrogênio Purificado ≥99,999%
Um gerador de nitrogênio PSA LYZD-B padrão de 99% não deve ser confundido com um sistema separado de purificação de nitrogênio de alta pureza.
Um Sistema de Purificação por Desoxigenação à Base de Carbono pode utilizar como gás de alimentação nitrogênio produzido por PSA com aproximadamente 99,9% de pureza e elevar posteriormente sua pureza para ≥99,999%.
Esse processo utiliza um catalisador de desoxigenação seguido pela remoção de CO₂ e umidade, sendo tecnicamente diferente do processo PSA LYZD-B padrão de 99%.
Portanto, o nível de pureza ≥99,999% não deve ser apresentado como outra configuração operacional do mesmo LYZD-B de 99%.
Prioridades de Manutenção
A manutenção de um gerador de nitrogênio PSA deve se concentrar na condição do equipamento e no desempenho operacional real, em vez de utilizar um intervalo universal fixo para substituição da CMS.
As principais áreas de manutenção incluem pré-tratamento do ar comprimido, condição dos filtros, alternância das válvulas pneumáticas, condição de empacotamento da CMS, tendências de pureza do nitrogênio, estabilidade da vazão de nitrogênio, desempenho da pressão e controle de condensado.
Sistema de Pré-Tratamento
Inspecione os filtros, secadores, equipamentos de gerenciamento de condensado e o reservatório de ar comprimido para garantir que a CMS receba ar devidamente tratado.
Válvulas Pneumáticas
Verifique a atuação das válvulas e a confiabilidade da alternância, pois o processo PSA depende da alternância precisa entre adsorção e regeneração.
Condição da CMS
Monitore a condição do empacotamento e o desempenho de adsorção. Alterações na pureza, vazão, comportamento da pressão ou estabilidade da adsorção podem ajudar a indicar quando uma inspeção adicional é necessária.
Tendências de Pureza e Vazão
Os dados on-line de pureza e vazão devem ser monitorados ao longo do tempo, e não apenas utilizados para verificar se o gerador está funcionando naquele momento.
Alterações nesses parâmetros podem fornecer informações úteis sobre a condição geral do sistema.
Como Selecionar um Gerador de Nitrogênio PSA de 99%
O modelo LYZD-B correto deve ser selecionado de acordo com os requisitos completos de operação do sistema de nitrogênio e ar comprimido.
Pureza de Nitrogênio Necessária
Confirme se a pureza de nitrogênio de 99% atende à especificação do processo a jusante.
Se for necessária maior pureza, selecione a configuração apropriada de maior pureza, em vez de dimensionar o sistema apenas com base na tabela de 99%.
Vazão de Nitrogênio Necessária
Determine o consumo normal, mínimo e máximo de nitrogênio.
A faixa representativa LYZD-B apresentada aqui se estende de 15 a 530 m³/h.
Capacidade Disponível de Ar Comprimido
Confirme se o sistema de compressores pode fornecer a vazão efetiva de ar necessária.
Considerando os extremos representativos da faixa, o consumo efetivo de ar comprimido varia de 0,55 m³/min para o LYZD-B15 até 19,43 m³/min para o LYZD-B530.
Pressão de Operação
A faixa padrão de pressão do ar de entrada é de 0,5–0,8 MPa.
Os dados nominais de desempenho são baseados em uma pressão de adsorção de 0,8 MPa(g).
Temperatura de Entrada e Condições Ambientais
A temperatura do ar de entrada e a temperatura ambiente devem ser ambas ≤40 °C sob os requisitos operacionais padrão.
A temperatura real do local deve ser considerada durante a seleção do sistema.
Ponto de Orvalho do Nitrogênio
O ponto de orvalho padrão do nitrogênio é de ≤−40 °C.
Confirme se essa especificação de umidade atende aos requisitos do processo a jusante.
Qualidade do Pré-Tratamento
Defina o sistema de secagem e filtragem de ar necessário para proteger a Peneira Molecular de Carbono.
Armazenamento Intermediário e Perfil de Demanda
Avalie a demanda instantânea, flutuações de produção, capacidade do reservatório pulmão, pressão de fornecimento e requisitos da tubulação.
Monitoramento e Controles
Confirme os requisitos de automação por PLC, monitoramento em tempo real da pureza do nitrogênio, monitoramento de vazão, tela sensível ao toque, alarmes e proteção contra nitrogênio fora de especificação.
Usuários focados especificamente neste nível de pureza podem consultar o gerador de nitrogênio PSA com pureza de 99% da Lingyu.
Para capacidades especiais, requisitos de pureza, condições de operação ou necessidades de integração do sistema, a configuração final deve ser compatível com as condições reais do projeto.
Conclusão
O gerador de nitrogênio PSA LYZD-B de 99% produz nitrogênio a partir de ar comprimido utilizando duas torres de adsorção preenchidas com CMS, que alternam automaticamente entre adsorção e regeneração.
O oxigênio é adsorvido preferencialmente pela Peneira Molecular de Carbono, enquanto o nitrogênio atravessa o leito de adsorção como gás produto. Durante a regeneração, o oxigênio anteriormente adsorvido é liberado, e válvulas pneumáticas controladas por PLC gerenciam automaticamente a alternância das torres.
As condições operacionais padrão do sistema PSA incluem pressão do ar de entrada de 0,5–0,8 MPa, temperatura do ar de entrada de ≤40 °C, ponto de orvalho do nitrogênio de ≤−40 °C, ciclo de alternância de 45–60 segundos, alimentação elétrica de 220 V / 50 Hz e nível de ruído de ≤75 dB.
Para a configuração LYZD-B de 99%, as capacidades representativas de produção de nitrogênio variam de 15 a 530 m³/h, enquanto o consumo efetivo de ar comprimido varia de 0,55 a 19,43 m³/min entre esses extremos.
O sistema também incorpora monitoramento em tempo real da pureza e da vazão de nitrogênio, proteção contra nitrogênio fora de especificação, compactação automática da CMS, equalização otimizada por pressão desigual e monitoramento por tela digital sensível ao toque.
Para uma seleção confiável do sistema, a pureza do nitrogênio deve ser avaliada em conjunto com a vazão de nitrogênio, capacidade de ar comprimido, condições de entrada, ponto de orvalho do nitrogênio, qualidade do pré-tratamento, demanda de armazenamento intermediário e perfil de consumo do processo.
