Principe de fonctionnement de base du tamis moléculaire de carbone (CMS) : séparation cinétique.

I. Le principe selon lequel tamis moléculaires de carbone La séparation de l'air (N₂ et O₂) ne repose pas sur l'adsorption à l'équilibre statique de la taille moléculaire ou de la polarité, mais plutôt sur la différence des vitesses de diffusion.

L'oxygène (O₂) possède un diamètre cinétique plus petit (environ 0,346 nm). Sa vitesse de diffusion au sein des micropores du tamis moléculaire de carbone est très rapide, ce qui lui permet d'être rapidement adsorbé dans les canaux des pores.

L'azote (N₂) possède un diamètre cinétique légèrement supérieur (environ 0,364 nm). Sa vitesse de diffusion dans les micropores est beaucoup plus lente que celle de l'oxygène.

Bien que l'azote puisse éventuellement être adsorbé, la taille des pores du tamis moléculaire de carbone est contrôlée avec précision afin que les vitesses auxquelles les deux gaz diffusent dans les pores diffèrent d'un ordre de grandeur (typiquement, O₂ diffuse des centaines de fois plus vite que N₂).

II. Description du procédé (adsorption par variation de pression, PSA)

Les systèmes de génération d'azote par adsorption modulée en pression sont généralement constitués de deux tours d'adsorption remplies de tamis moléculaire de carbone.

Étape d'adsorption : L'air comprimé traverse une tour d'adsorption de bas en haut. Les impuretés telles que l'oxygène, la vapeur d'eau et le dioxyde de carbone sont rapidement adsorbées par le tamis moléculaire de carbone, tandis que l'azote, qui diffuse lentement, traverse la tour et est évacué sous forme de gaz produit de haute pureté.

Phase de régénération : Juste avant la saturation de cette tour d’adsorption, le système bascule automatiquement sur l’autre tour. La tour saturée est alors régénérée par dépressurisation rapide (désorption), ce qui libère l’oxygène adsorbé et les autres impuretés dans l’atmosphère.

Les deux tours alternent entre adsorption et régénération, permettant ainsi une production continue d'azote.

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