Nonisopbaric Step에서의 흐름속도가 O2 PSA 공정 성능에 미치는 영향 = (The) effect of the flow pattern at nonisobaric step on O2 PSA process

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Test runs were conducted at the two beds PSA unit packed with zeolite 5A to design PSA process that produce oxygen to be supplied to aerator. The purposes of these test runs were to identify optimum operating condition and to find efficient operating ways for the case target purity was changed. The optimum operating conditions were identified through investigating the effects of adsorption step time and the velocities of gas at nonisobaric steps. One cycle consists of 6 steps. The time for adsorption step was increased from 20 seconds to 50 seconds with 10 seconds of step increase. The step times for other steps were fixed with 30 seconds. The longer adsorption step time was, the lower purity at steady state was. Especially, the purity rapidly lowered as the time came close to the point of breakthrough time. However, the recovery rate and productivity increased. It was confirmed that the optimal adsorption step time existed with function of target purity, recovery rate and productivity, from the above facts.The flow rate was adjusted to investigate its effects on the performance of the PSA process, at each step of pressurization, pressure equalization, blowdown. The effects of flow rate on the purities of products were investigated by increasing pressurization time from 20 seconds to 30 seconds with 5 seconds of step increase. The purities decreased as flow rate increased. This is because the slower flow makes MTZ steep and the steep MTZ leads the effective separation. This fact could be confirmed through the simulation result of concentration profile in the bed. And it was confirmed that there was no change in purity for the case there was 10 seconds of idle time. Like this, idle time causes the loss of productivity due to the long cycle time, without increasing the purity. Thus, the pressurizations of beds should be done over whole pressurization step time without idle time when we design PSA process. Like pressurization step, it was confirmed fast flow rate hi

국문 초록 (Abstract)

폭기조에 공급하기 위한 산소를 생산하는 PSA 공정을 설계하기 위하여 zeolite 5A로 충전된 두 탑으로 이루어진 PSA process test run을 수행하였다. 본 실험을 통하여 흡착단계시간을 최적화하고 nonisobaric step에서의 흐름의 영향을 파악하여 최적의 운전 조건을 선정하고자 하였으며, 목적 순도의 변화에 대응하는 효율적인 운전 방법을 찾아보고자 하였다. 주어진 조건에 대하여 흡착단계시간을 최적화한 후에 가압, 압력 평등화 및 감압 단계에서의 흐름이 공정의 성능에 미치는 영향을 알아보기 위하여 각 단계에서의 흐름의 속도를 조절하였다. 먼저 가압 단계에서, 운전 압력까지의 가압이 이루어지는 시간을 20초에서 30초로 5초씩 증가시켜가며 흐름의 속도가 산소의 순도에 미치는 영향을 알아보았다. 가압에서의 흐름이 느릴수록 순도가 향상되었으며, 이것은 빠른 흐름이 탑 내의 MTZ를 늘어지도록 하기 때문으로 사료된다. 이러한 사실은 전산모사을 통한 탑 내 농도파전면의 형태를 통해서도 확인할 수 있었다. 또한 가압 완료 후 흡착단계로 넘어가기 전 10초의 idle time을 놓은 경우에도 순도에는 변화가 없는 것을 실험을 통해서 확인 할 수 있었다. 이와 같이 idle time은 순도에는 영향을 미치지 못하면서 cycle time을 길어지게 하여 생산성의 감소를 유발한다. 그러므로 공정 설계 시 idle time 없이 주어진 가압 시간 전체에 걸쳐 가압이 이루어지도록 해야 한다. PE 단계에서도 가압 단계와 마찬가지로 빠른 흐름은 MTZ를 늘어지게 하여 효과적인 분리를 저해하는 것을 확인할 수 있었다. 그러나 탈착이 일어나는 감압 단계에서의 흐름의 속도는 공정의 성능에 거의 영향을 주지 않았다. 역시 numerical simulation을 통