Penjelasan Mendalam tentang Prinsip Teknologi dan Sistem Pendukung Generasi Oksigen VPSA dan PSA

1. Teknologi Generasi Oksigen VPSA

Adsorpsi Ayunan Tekanan Vakum (VPSA) adalah teknologi canggih untuk memisahkan oksigen dari udara. Ini memanfaatkan perbedaan kapasitas adsorpsi berbagai komponen udara pada adsorben. Adsorben secara selektif mengadsorpsi gas ketika tekanan ditingkatkan dan desorpsi untuk regenerasi ketika tekanan dikurangi ke keadaan vakum.

Peralatan generasi oksigen VPSA beroperasi menggunakan listrik sebagai sumber daya dan udara sebagai bahan baku. Ini memanfaatkan sifat saringan molekuler untuk meningkatkan kapasitas adsorpsi nitrogen di bawah tekanan positif dan menurunkannya di bawah tekanan negatif. Siklus proses adsorpsi tekanan positif dan desorpsi vakum dicapai dengan mengoperasikan 2 bejana adsorpsi secara bergantian, memungkinkan pemisahan oksigen dan nitrogen dari udara dan produksi oksigen industri secara terus-menerus.

Proses generasi oksigen VPSA adalah proses adsorpsi fisik, tidak melibatkan reaksi kimia atau polusi lingkungan, menjadikannya metode pasokan oksigen yang ideal. Dibandingkan dengan produksi oksigen kriogenik tradisional, proses VPSA menawarkan keunggulan signifikan, termasuk komposisi dan proses yang lebih sederhana, operasi yang lebih mudah, penyalaan yang lebih cepat, operasi suhu normal dan tekanan rendah yang aman dan andal, konsumsi energi yang lebih rendah, dan biaya produksi oksigen yang jauh lebih rendah.

1.1 Proses Peralatan Generasi Oksigen VPSA Dua Bejana

Peralatan generasi oksigen VPSA menggunakan udara sebagai bahan baku. Udara pertama-tama melewati filter udara dan masuk ke blower Roots, di mana udara dikompresi sebelum memasuki adsorber yang telah menyelesaikan regenerasi dan sedang beroperasi.

Di dalam adsorber, kelembaban, karbon dioksida, dan gas molekuler lainnya di udara diadsorpsi terlebih dahulu. Udara kering kemudian melewati saringan molekuler khusus untuk produksi oksigen, di mana nitrogen diadsorpsi, memungkinkan oksigen diperkaya di saluran keluar. Gas kaya oksigen kemudian diatur tekanannya melalui katup kontrol dan masuk ke tangki penyangga. Di saluran keluar tangki penyangga, oksigen selanjutnya dikompresi oleh kompresor oksigen untuk mencapai tekanan yang diperlukan. Oksigen bertekanan tinggi kemudian didinginkan dan disimpan dalam tangki penyimpanan oksigen, dari mana disuplai ke pengguna akhir.

Untuk memastikan pasokan oksigen yang terus-menerus dan stabil, pabrik generasi oksigen VPSA dirancang dengan dua menara adsorpsi yang beroperasi secara bergantian. Sementara satu menara memproduksi oksigen, yang lainnya menjalani regenerasi vakum. Selama regenerasi, nitrogen kaya yang diadsorpsi didesorpsi dan dibuang ke luar ruangan setelah perlakuan pengurangan kebisingan.

1.2 Skenario Aplikasi

Peralatan oksigen VPSA cocok untuk produksi oksigen industri berbagai skala, menyediakan oksigen dengan kemurnian sekitar 80%–93%.

2. Komponen Dasar Pabrik Oksigen VPSA

Unit oksigen VPSA terdiri dari 7 komponen utama, termasuk sistem adsorber radial, sistem daya (blower dan pompa vakum), sistem instrumentasi dan listrik, tangki penyangga oksigen, sistem kompresi oksigen (opsional), sistem kontrol listrik, dan sistem air.

Diagram Alir Proses Generasi Oksigen VPSA

2.1 Sistem Adsorber Radial

Unit pemisahan oksigen-nitrogen adalah komponen inti dari peralatan generasi oksigen. Ini terutama terdiri dari 2 menara adsorpsi yang bergantian, bersama dengan katup kupu-kupu switching pneumatik, katup kupu-kupu pengatur pneumatik, dan katup kupu-kupu manual. Pemisahan oksigen dan nitrogen dicapai berdasarkan perbedaan kapasitas adsorpsi molekul nitrogen dan oksigen pada saringan molekuler oksigen khusus yang efisien selama proses adsorpsi tekanan positif dan desorpsi tekanan negatif.

Pengontrol logika yang dapat diprogram (PLC) mengontrol katup solenoid, yang pada gilirannya mengatur katup pneumatik sesuai dengan urutan yang ditetapkan. Ini memungkinkan operasi otomatis sistem oksigen, sehingga memastikan produksi oksigen yang terus-menerus. Sementara itu, pompa vakum mengeluarkan dan membuang nitrogen dan komponen gas lainnya.

2.1.1 Bejana Adsorpsi

Struktur dua adsorber memastikan pasokan gas yang terus-menerus untuk memenuhi permintaan pelanggan. Di dalam adsorber, saringan molekuler dehidrasi dan saringan molekuler LiX diisi untuk memisahkan komponen udara secara efektif dan memenuhi persyaratan produksi oksigen.

2.1.2 Katup Kupu-Kupu Switching Pneumatik

Katup solenoid dikendalikan oleh sistem kontrol untuk secara periodik mengalihkan aliran gas antara dua adsorber, memastikan operasi peralatan oksigen yang stabil.

2.1.3 Katup Kupu-Kupu Pengatur Pneumatik

Selama proses penyeimbangan tekanan dan pembersihan, katup kontrol pneumatik dipasang untuk mengoptimalkan efek penyeimbangan dan pembersihan. Katup ini memiliki kemampuan penyetelan persentase sama, kebocoran nol, dan masa pakai yang lama, dll.

2.2 Sistem Tenaga – Blower

Sebagai komponen daya pemasukan udara dari seluruh sistem, blower menyediakan sumber gas bertekanan positif yang sesuai untuk sistem pemisahan oksigen-nitrogen, memainkan peran penting dalam memastikan operasi sistem yang stabil dan efisien. Sistem blower mencakup filter udara masuk, blower dan motor yang sesuai, katup kupu-kupu pneumatik bypass, katup kupu-kupu manual, penukar panas, konektor bellow (atau sambungan fleksibel), dan peralatan lengkap pendukung lainnya.

2.2.1 Unit Blower dan Motor yang Sesuai

Blower Roots adalah blower gas perpindahan positif. Di dalam rumahnya, dua impeler mempertahankan celah penggerusan tertentu dan digerakkan oleh roda gigi sinkron untuk berputar dengan kecepatan sama dalam arah berlawanan. Mekanisme ini mendorong gas yang dihirup dari sisi masuk ke sisi keluar, mengatasi resistansi gas bertekanan tinggi di sisi keluar untuk mencapai pembuangan paksa.

Di dalam rumah, dua rotor berbentuk angka delapan dipasang secara tegak lurus pada sepasang poros paralel. Rotor digerakkan oleh sepasang roda gigi dengan rasio transmisi 1:1 untuk berputar secara sinkron dalam arah berlawanan. Celah tertentu dipertahankan antara rotor dan antara rotor dengan dinding dalam rumah pompa.

Komponen kunci dari blower Roots adalah rotor, dan inti dari rotor terletak pada profilnya. Impeler mengadopsi profil khusus yang baru dirancang, memastikan celah penggerusan yang seragam antara kedua rotor, mengurangi kebocoran internal, dan meningkatkan efisiensi volumetrik. Selain itu, komponen presisi tinggi dan berkinerja tinggi seperti roda gigi sinkron, bantalan, dan segel PTFE memastikan operasi yang stabil dengan getaran rendah.

Motor yang sesuai adalah motor asinkron tiga fase dengan peringkat perlindungan IP23–IP54 dan kelas isolasi F. Motor ini memiliki efisiensi tinggi, hemat energi, kebisingan rendah, getaran minimal, desain ringan, kinerja andal, serta mudah dipasang dan dirawat.

2.2.2 Katup Kupu-kupu Pneumatik Bypass & Katup Kupu-kupu Manual

Untuk meningkatkan tingkat pemulihan gas produk selama proses VPSA dan PSA, 2 adsorber menjalani proses pemerataan untuk periode tertentu. Selama fase pemerataan ini, blower melewati bypass dan membuang kelebihan gas. Selain itu, untuk mencegah aliran balik saat blower berhenti, diperlukan mekanisme perlindungan penurunan tekanan bypass. Oleh karena itu, sistem bypass dipasang, di mana katup kupu-kupu pneumatik dikontrol secara program untuk membuang ke luar. Selanjutnya, katup kupu-kupu manual dipasang untuk secara efektif mengatur tekanan keluar blower.

Katup ini adalah katup kupu-kupu pneumatik segel keras offset ganda, dirancang untuk peralihan frekuensi pendek siklus singkat. Katup ini menampilkan kebocoran nol, masa pakai panjang, dan waktu peralihan singkat.

2.2.3 Penukar Panas

Setelah ditekan oleh blower, suhu udara keluar mencapai sekitar 65°C, sedangkan kondisi kerja optimal untuk saringan molekul adalah antara 30–40°C. Untuk memastikan pemanfaatan saringan molekul yang efisien, diperlukan penukar panas untuk mendinginkan udara yang dipanaskan.

2.2.4 Konektor Bellow

Selama operasi blower Roots, getaran signifikan tidak dapat dihindari. Untuk meminimalkan dampak getaran pada peralatan selanjutnya dan mengurangi kebisingan yang disebabkan oleh getaran, konektor fleksibel berpasangan dan konektor bellow dipasang di sisi masuk dan keluar blower.

2.3 Sistem Tenaga – Pompa Vakum

Setelah saringan molekul mencapai kejenuhan dinamis selama adsorpsi, desorpsi dan regenerasi diperlukan. Studi menunjukkan bahwa regenerasi saringan molekul lebih efektif dalam kondisi tekanan negatif (vakum). Sistem pompa vakum adalah komponen yang tidak terpisahkan dari seluruh sistem. Sistem ini terdiri dari unit pompa vakum dan motor yang sesuai, katup kupu-kupu pneumatik bypass, katup kupu-kupu manual, konektor bellow (atau konektor fleksibel), dan peralatan bantu lainnya.

2.3.1 Unit Pompa Vakum & Motor

Pompa vakum Roots adalah pompa vakum volumetrik putar, secara struktural berasal dari blower Roots. Prinsip kerjanya identik dengan blower Roots.

2.3.2 Katup Kupu-kupu Pneumatik Bypass & Katup Kupu-kupu Manual

Untuk mencegah aliran balik saat pompa vakum dimatikan, bypass dipasang untuk melepaskan tekanan terlebih dahulu, memastikan start dan stop tanpa tekanan. Katup bypass dipasang untuk tujuan ini. Selain itu, katup kupu-kupu manual digunakan untuk penyesuaian halus tekanan hisap pompa vakum.

Katup ini adalah katup kupu-kupu peralihan segel lunak, dirancang untuk memenuhi persyaratan kebocoran nol dalam kondisi peralihan jangka panjang.

2.3.3 Konektor Bellow

Selama operasi pompa vakum Roots, getaran signifikan tidak dapat dihindari. Untuk meminimalkan dampak getaran pada peralatan selanjutnya dan mengurangi kebisingan yang disebabkan oleh getaran, konektor fleksibel atau konektor bellow dipasang di sisi masuk dan keluar pompa vakum.

2.4 Sistem Udara Instrumentasi

Baik katup kupu-kupu pneumatik maupun katup kupu-kupu pengatur pneumatik memerlukan sumber udara instrumentasi sekitar 0,5-0,7 MPa sebagai tenaga penggerak aktuator selama peralihan kontrol otomatis. Sistem ini terdiri dari komponen seperti filter perawatan sumber udara dan tangki penyimpanan udara. Untuk memastikan tingkat operasi, katup bypass ditambahkan ke unit filtrasi yang memerlukan perawatan dan servis yang sering.

2.5 Tangki Penyangga Oksigen

Sistem tangki penyangga oksigen terutama terdiri dari tangki penyangga oksigen, flowmeter lubang, penganalisis kemurnian oksigen, katup kontrol, dan sensor tekanan.

Tangki penyangga oksigen berfungsi sebagai langkah kunci untuk mengurangi fluktuasi tekanan yang berlebihan pada adsorber dan untuk menstabilkan tekanan serta kemurnian oksigen produk.

2.6 Sistem Kompresi Oksigen (Opsional)

Sistem kompresi oksigen terdiri dari katup kupu-kupu khusus oksigen, kompresor oksigen, dan komponen lainnya. Fungsi utamanya adalah meningkatkan tekanan oksigen produk untuk memenuhi tekanan yang diperlukan pengguna dan mengirimkannya ke tangki penyimpanan oksigen.

Sistem tangki penyimpanan oksigen mencakup tangki penyimpanan oksigen, katup, pengukur tekanan, katup pengaman, dan komponen lainnya. Fungsi utamanya adalah menyimpan sebagian oksigen produk, memastikan keluaran oksigen yang stabil. Selain itu, sistem ini menyediakan pasokan oksigen sementara jika terjadi penghentian tak terduga, mencegah sistem pasokan oksigen gagal.

2.7 Sistem Kontrol Elektrik dan Instrumentasi

Sistem kontrol elektrik dan instrumentasi mencakup komputer industri, kabinet kontrol elektrik, kabinet instrumentasi, pengontrol logika terprogram (PLC), katup solenoid, lampu indikator, tombol kontrol, dan komponen lainnya.

Sistem beroperasi secara otomatis sesuai dengan program yang diedit di PLC, mengontrol pengaliran dan pemutusan arus pada katup solenoid, yang pada gilirannya membuka dan menutup katup pneumatik melalui sistem kontrol pneumatik. Sistem mengumpulkan dan memproses berbagai sinyal, menampilkan status operasi peralatan oksigen. Pengguna dapat mengatur atau memodifikasi parameter kontrol pada komputer industri untuk mengonfigurasi atau memeriksa status operasi peralatan.

2.8 Sistem Air

Sistem air biasanya terdiri dari dua bagian: sistem air sirkulasi dan sistem air penyegel. Sistem air sirkulasi terutama mencakup menara pendingin, pompa air, filter, pipa masuk dan kembali air, serta katup terkait. Sistem ini menyediakan air sirkulasi pendingin untuk seluruh sistem oksigen. Sistem air penyegel terutama digunakan untuk memasok air ke impeler pompa vakum guna meningkatkan penyegelan, sehingga mencapai tingkat vakum yang lebih tinggi selama proses desorpsi. Air lunak atau air demineralisasi, yang sistem produksinya disediakan oleh produsen khusus, biasanya digunakan untuk tujuan ini.

VPSA milik PKU Pioneer dan Teknologi pembangkit oksigen PSA menonjol sebagai solusi hemat biaya, fleksibel, dan andal untuk pasokan oksigen industri. Dengan rentang aliran oksigen 50~100.000 Nm³/jam dan tingkat kemurnian umum 80~94%, sistem oksigen kami menawarkan keunggulan biaya yang jauh lebih rendah dibandingkan metode ASU (Unit Pemisahan Udara) atau LOX (Oksigen Cair) tradisional. Adsorben berbasis litium yang diproduksi sendiri dan desain proses menara radial inovatif memastikan kapasitas oksigen yang lebih besar, kinerja optimal, dan efisiensi energi. Selama 25 tahun terakhir, kami telah berhasil mengimplementasikan lebih dari 400 proyek pabrik oksigen di seluruh dunia, termasuk proyek sistem VPSA-O2 terbesar di dunia (146.000 Nm³/jam) dan pabrik VPSA-O2 terbesar di Tiongkok (87.500 Nm³/h).

PKU Pioneer telah mengekspor sistem VPSA/PSA ke lebih dari 20 negara dan kawasan, melayani 30+ industri dengan keahlian yang terbukti. Generator VPSA-O2 SPOX kontainer bersertifikat CE kami telah diekspor ke Italia dan pabrik PSA-CO akan dibangun di AS. Dengan referensi VPSA dan PSA terbanyak di seluruh dunia, PKU Pioneer akan terus memimpin industri dalam menyediakan solusi oksigen yang efisien, berkelanjutan, dan disesuaikan untuk memenuhi kebutuhan unik lebih banyak klien.