При изотермических условиях циклический процесс адсорбции формируется комбинацией адсорбции под давлением и десорбции при пониженном давлении. Адсорбционная способность адсорбента по отношению к адсорбату увеличивается с ростом давления и уменьшается при его снижении. В процессе декомпрессии (до атмосферного давления или вакуума) происходит выделение адсорбированного газа, что позволяет регенерировать адсорбент без подвода тепла извне.

Таким образом, адсорбция с переменным давлением (PSA) также называется изотермической адсорбцией или регенерацией без подвода тепла.

Процесс получения азота методом PSA:

Сжатый воздух от компрессора поступает в охладитель-осушитель для удаления влаги, затем направляется в PSA-установку с двумя адсорбционными колоннами, заполненными углеродным молекулярным ситом. Это сито избирательно адсорбирует кислород (O₂), углекислый газ (CO₂) и другие примеси, позволяя азоту (N₂) выходить из верхней части колонны с чистотой 99%.

Регенерация адсорбента:

При снижении давления адсорбированный кислород высвобождается через нижнюю часть колонны. После продувки адсорбент восстанавливает свои свойства. Регенерация завершается выравниванием давления и повторным повышением давления продуктом. Чередование циклов в двух колоннах обеспечивает непрерывное производство азота.

Основа разделения газов:

Метод использует разницу в скоростях диффузии кислорода и азота в углеродном молекулярном сите. При давлении 0.7-1.0 МПа кислород адсорбируется быстрее, что приводит к обогащению азота в газовой фазе. Свойства сита (увеличение адсорбции O₂ при повышении давления и снижение при декомпрессии) позволяют достигать чистоты азота до 99.99%.

Общие принципы адсорбционного разделения:

- При постоянной температуре адсорбционная ёмкость растёт с давлением.

- Методы разделения: температурно-адсорбционный (TSA) или адсорбционно-компрессионный (PSA).

- В PSA адсорбция происходит при высоком давлении (P₂), десорбция — при низком (P₁).

- Эффективная адсорбционная ёмкость (Vₑ) определяется разницей между адсорбцией при P₂ и P₁.

- Линейные адсорбционные изотермы обеспечивают большую Vₑ по сравнению с ленгмюровскими.

Процесс PSA характеризуется квазиизотермическим режимом благодаря низкой теплопроводности адсорбентов и незначительному влиянию теплоты адсорбции/десорбции на температуру слоя.