ستون های زئولیت در دستگاه اکسیژن ساز

گاز اکسیژن در برخی کاربردها لازم است در مقادیر بالا تولید شود. معمول ترین این کاربردها در پزشکی و تولید کاغذ است. دو روش برای تولید گاز اکسیژن وجود دارد. روش برودتی و روش جذب سطحی همراه با نوسانات فشار (PSA) . روش جذب سطحی همراه با نوسانات فشار که روش تولید گاز اکسیژن بحث شده در این مقاله است در اکسیژن ساز های خانگی مورد استفاده قرار می گیرد. جهت اطلاع از کارکرد دقیق تر دستگاه اکسیزن ساز مقاله دستگاه اکسیژن ساز چگونه کار می کند را مطالعه نمایید. هوا در روش جذب سطحی همراه با نوسانات فشار از میان مینرال های آلومینوسیلیکات به نام زئولیت عبور کرده و فیلتر می شود. زئولیتی که برای دستگاه اکسیژن ساز استفاده می شود متخلل و دارای سطح زیادی است که نیتروژن بر روی سطح آن جذب شده و اکسیژن (و همین طور آرگون) عبور می کند. زئولیت معمولا به سرعت با نیتروژن اشباع می شود به همین دلیل برای تولید پیوسته گاز اکسیژن از دو ستون زئولیت به طور همزمان استفاده می شود و در یک زمان یکی از ستون ها در حال تغلیظ گاز اکسیژن و دیگری در حال احیا می باشد. این فرایند نه تنها بسیار با محیط سازگار است بلکه توانایی حذف گازهای دیگری (مثل CO2) را نیز از جریان گازهای صنعتی دارا می باشد.

روش جذب بر اساس نوسانات فشار یکی از محبوب ترین روش های استفاده شده برای تولید صنعتی گاز اکسیژن در مقادیر کم و متوسط است. دستگاه های اکسیژن ساز خانگی  با تکنولوژی PSA (به اندازه یک چمدان) جایگزین کپسول های اکسیژن پر فشار استفاده شده در خانه ها و برخی موقعیت های صنعتی شده اند.

 
روش جذب سطحی بر اساس نوسانات فشار (PSA)

در مقالات قبلی مربوط به دستگاه اکسیژن ساز در مورد نحوه تغلیظ گاز اکسیژن توضیحاتی ارائه دادیم. در اینجا نیز توضیح مفصل تری در مورد این فرایند ارائه خواهیم داد.

یک دستگاه اکسیژن ساز همان طور که گفته شد برای اینکه بتواند به صورت پیوسته گاز اکسیژن تولید کند دارای دو ستون زئولیت است. ابتدا هوا با فشار وارد یک ستون پر از گرانول های زئولیت می شود و گرانول ها ترجیحا گاز نیتروژن را جذب کرده و اجازه عبور گاز اکسیژن را می دهند تا به سمت خروجی دستگاه برود. در نهایت زئولیت ها توسط گاز نیتروژن اشباع شده و بایستی احیا شوند. ویژگی خاص این زئولیت ها در جذب سطحی نیتروژن به این ترتیب است که در فشارهای بالای 150 KPaبیشترین بازده جذب گاز نیتروژن را دارد. به همین دلیل هوا با فشار بیشتر از این مقدار وارد ستون ها می شود و در فشار اتمسفر گاز نیتروژن را از خود دفع می کند که در هنگام احیا زئولیت های یک ستون دستگاه اکسیژن ساز فشار به میزان فشار اتمسفر کاهش یافته و گاز نیتروژن از سطح زئولیت دفع و از مسیری مشخص از دستگاه خارج خواهند شد. بلافاصله بعد از اینکه ستون اول از گاز نیتروژن اشباع شد و زمان احیا زئولیت ها فرا رسید. ورودی هوا دستگاه اکسیژن ساز به سمت ستون دوم سوئیچ می کند و در ستون دوم کار تغلیظ اکسیژن را انجام می دهد تا اینکه این ستون هم از نیتروژن اشباع شود. در این هنگام هوا مجددا به ستون اول که کاملا احیا شده و آماده تغلیظ است وارد خواهد شد و این چرخه ادامه می یابد.

زئولیت دستگاه اکسیژن ساز

زئولیت انواع مختلف طبیعی و سنتزی دارد که در ادامه به بیان ویژگی های آن ها و به ویژه زئولیتی که در دستگاه اکسیژن ساز استفاده می شود می پردازیم.

زئولیت های طبیعی چندان جهت جدایش گاز اکسیژن خاصیت انتخابی ندارند و برای این کار از زئولیت های سنتزی استفاده می شود. زئولیت ها آلومینوسیلیکات هایی با ساختار کریستالی پیچیده هستند که از حلقه های به هم پیوسته ای از یون های  سیلیکون، آلومینیوم و اکسیژن تشکیل شده است.. فرمول شیمیایی زئولیت استفاده شده در دستگاه Na12[(AlO2)12((SiO2)12].27H2O است. این ترکیب گونه ای از زئولیت است که بیشترین توانایی را در جذب نیتروژن دارد. ساختار این ترکیب را می توانید در شکل زیر مشاهده کنید.

زئولیت در تغلیظ اکسیژن به دو دلیل بسیار موثر است:

1 - جذب فیزیکی

وقتی نیتروژن در معرض کاتیون های کریستال زئولیت قرار می گیرد. یک دو قطبی القایی تشکیل شده و نیتروژن در کریستال زئولیت جذب می شود. نیتروژن نسبت به اکسیژن بیشتر قابلیت پلاریزاسیون دارد و زئولیت به صورت انتخابی نیتروژن را جذب کرده و به اکسیژن بدون هیچ محدودیتی اجازه عبور می دهد. سطح درونی زئولیت به خاطر متخلخل بودن آن بسیار بزرگ است و به همین خاطر است که توانایی جذب مقدار زیادی از گاز نیتروژن را دارد.

2 - ممانعت فضایی

ساختار قفس مانند زئولیت به گونه ای طراحی شده که تنها اجازه عبور اکسیژن را می دهد و از عبور مولکول های بزرگتر نیتروژن جلوگیری می کند. تخلخل ها و حفرات زئولیت به اندازه کافی بزرگ هستند که اجازه ورود مولکول های اکسیژن را بدهند و از طرفی به اندازه کافی کوچک هستند تا از عبور مولکول های نیتروژن جلوگیری نمایند. آرگون نیز تقریبا 5 درصد گاز تولید شده توسط یک دستگاه اکسیژن ساز PSA را تشکیل می دهد. یکنواختی تخلخل ها  مهم ترین مزیت این زئولیت های سنتزی محسوب می شود.

چرخه PSA

طراحی کاربردی PSA به فاکتورهای زیادی بستگی دارد. از جمله طول ستون، قطر آن، زئولیت موجود در ستون و نرخ هوای ورودی شده بستگی دارد. در دستگاه های اکسیژن ساز خانگی دارای تکنولوژی PSA بازده تغلیظ قربانی قدرت، پایداری فرایند و خلوص اکسیژن می شود. در دستگاه های اکسیژن ساز صنعتی فرایند تنها در صورتی اقتصادی است که عملکرد در بیشترین بازده جدایش اکسیژن باشد. کنترل سیکل حیاتی است.
ستون های زئولیت PSA در دستگاه اکسیژن ساز خانگی همیشه دوتایی ساخته می شود. به طوری که اکسیژن تولید شده توسط یک ستون در هنگام احیای ستون دیگر استفاده می شود. به طور میانگین دریچه ورودی هوا حدودا هر 20 ثانیه بین ستون ها سوئیچ می کند.
 
زئولیت مصنوعی برای تولید گاز اکسیژن استفاده می شود که شامل ساختاری متشکل از سیلیکا و آلومینیوم با کاتیون سدیم و کلیسم اضافی جهت جبران بار مثبتی که در سطح از دست می رود است.
عمر کریستال های زئولیت حداقل 20000 ساعت است که در بیشتر موقعیت ها حدود 10 سال استفاده خواهد شد. نگهداری های روتین صرفا شامل تعویض فیلتر در فواصل زمانی مشخص شده توسط تولید کننده است. اگر توصیه ها دنبال شود دستگاه اکسیژن ساز نیاز به نگهداری خاصی ندارد و تا سال ها به خوبی کار می کند.

مهندسی پزشکی سینادرمان مرکز فروش زئولیت مخصوص دستگاه اکسیژن ساز

• فروش زئولیت مخصوص دستگاه اکسیژن ساز خانگی
• فروش زئولیت مخصوص دستگاه اکسیژن ساز بیمارستانی

مهندسی پزشکی سینا درمان ، قطعات جانبی و لوازم مصرفی دستگاههای کمک تنفسی