اصل کار ژنراتور اکسیژن چیست؟

برای هرکسی که نیاز به تأمین اکسیژن متمرکز ، چه برای نیازهای پزشکی در خانه ، در یک محیط بالینی ، یا برای کاربردهای صنعتی ، درک دستگاهی که امکان پذیر است بسیار مهم است. در ژنراتور اکسیژن ، غالباً کنسانتره اکسیژن در زمینه های پزشکی ، یک مهندسی قابل توجه است که یک شاهکار به ظاهر جادویی را انجام می دهد: هوای مورد نیاز خود را می گیرد و آن را به یک گاز حیاتی و با خلوص تبدیل می کند. اما چگونه این کار را بدون فرآیندهای شیمیایی پیچیده یا مخازن انبوه ذخیره سازی انجام می دهد؟

در این مقاله ، عملکرد داخلی یک ژنراتور اکسیژن تغییر می کند. ما اصول اصلی علمی ، دو فناوری اصلی به کار گرفته شده و مؤلفه های کلیدی که این دستگاه ها را مؤثر و قابل اعتماد می کند ، بررسی خواهیم کرد. هدف ما ارائه توضیحات واضح و عمیق از فرآیند تولید اکسیژن است.

بنیاد: چه چیزی در هوایی است که نفس می کشیم؟

قبل از اینکه بتوانیم درک کنیم که چگونه یک ژنراتور اکسیژن کار می کند ، ابتدا باید به مواد اولیه آن نگاه کنیم: هوای محیط. هوای طبیعی مخلوطی از گازها است که در درجه اول شامل:

نیتروژن (N₂): تقریباً 78 ٪

اکسیژن (O₂): تقریباً 21 ٪

آرگون و سایر گازهای ردیابی: 1 ~

در واحد کنسانتره اکسیژن اکسیژن ایجاد نمی کند. آن را از نیتروژن و سایر گازها جدا می کند ، به طور موثری "اکسیژن" را به میزان خلوص "به طور معمول بین 90 تا 95 ٪" متمرکز می کند. این روند از تولید اکسیژن در محل بسیار ایمن تر و کارآمدتر از تکیه بر مخازن اکسیژن با فشار بالا یا اکسیژن مایع کرایوژنیک است.

دو فناوری اصلی: جداسازی PSA و غشای

دو فناوری غالب در آن استفاده می شود سیستم های تولید اکسیژن : جذب نوسان فشار (PSA) و فناوری غشای. PSA بسیار رایج ترین است ، به ویژه برای اکسیژن درجه پزشکی ، در حالی که جداسازی غشای اغلب برای کاربردهای خاص صنعتی استفاده می شود.

جذب نوسان فشار (PSA): استاندارد صنعت

در مولد اکسیژن PSA آیا اسب کار این صنعت است که در همه چیز از وسایل پزشکی خانگی گرفته تا در مقیاس بزرگ یافت می شود سیستم های تولید اکسیژن صنعتی بشر عملکرد آن یک چرخه مداوم از فشار و افسردگی است و از یک خاصیت فیزیکی مواد خاص استفاده می کند.

در Core Concept: Molecular Sieves

در heart of a PSA system is a synthetic zeolite, a microporous material that acts as a زئولیت غربال مولکولی بشر این ماده دارای یک خاصیت مهم است: ساختار کریستالی آن با منافذ ریز و درشت همراه است که نسبت به مولکول های نیتروژن میل زیادی دارند.

هنگامی که هوای فشرده شده از طریق این ماده مجبور می شود ، مولکول های نیتروژن در منافذ به دام می افتند (جذب می شوند). مولکول های اکسیژن ، مولکول های آرگون و سایر گازهای کمیاب بسیار بزرگ هستند یا قطبیت اشتباهی دارند که بتوانند به راحتی جذب شوند ، بنابراین آنها از بستر الک عبور می کنند. نتیجه ، جریانی از اکسیژن غلیظ است که از سیستم خارج می شود.

با این حال ، مواد زئولیت فقط می توانند آنقدر نیتروژن را نگه دارند. پس از اشباع ، نیاز به تمیز کردن یا بازسازی شدن دارد. اینجاست که قسمت "فشار فشار" نام وارد می شود.

تجزیه گام به گام از فرآیند اکسیژن PSA

یک سیستم PSA معمولی از دو برج یا ستون پر از زئولیت استفاده می کند. در حالی که یک ستون به طور فعال اکسیژن تولید می کند ، دیگری در حال بازسازی است. این جایگزین یک جریان مداوم و بدون وقفه اکسیژن را تضمین می کند.

مرحله 1: مصرف و فشرده سازی

هوای محیط از طریق یک فیلتر ورودی به داخل دستگاه کشیده می شود که گرد و غبار و ذرات را از بین می برد. یک کمپرسور هوای داخلی سپس این هوای فیلتر شده را به فشار مورد نیاز فشار می دهد ، که برای کارآیی فرایند جذب ضروری است.

مرحله 2: مدیریت خنک کننده و تراکم

فشرده سازی هوا باعث ایجاد گرما می شود. هوای گرم و فشرده شده از طریق مبدل حرارتی منتقل می شود تا آن را تا دمای مطلوب برای عملکرد زئولیت خنک کند. همچنین از طریق یک محفظه جداسازی یا تله آب حرکت می کند تا هرگونه رطوبت (بخار آب) موجود در هوا را از بین ببرد ، زیرا آب می تواند به مواد الک آسیب برساند. این یک گام مهم در فناوری کنسانتره اکسیژن .

مرحله 3: فرآیند جذب (برج اول)

در cool, dry, compressed air is directed into the first sieve bed tower. As the air passes through the zeolite, nitrogen molecules are rapidly adsorbed onto the surface of the material. A stream of gas that is now 90-95% oxygen, with the remainder mostly argon and a tiny fraction of unadsorbed nitrogen, flows out of the top of the tower. This product gas is then delivered to the patient or application.

مرحله 4: بازسازی (برج دوم)

به طور همزمان ، برج بستر غربال دوم در مرحله بازسازی خود قرار دارد. فشار در این برج به سرعت (یا "چرخیده") به جو منتقل می شود. این افت ناگهانی فشار (دفع) باعث می شود که زئولیت مولکول های نیتروژن به دام افتاده را که از طریق دریچه اگزوز از سیستم پاک می شوند ، آزاد کند.

مرحله 5: نوسان

درست قبل از اینکه برج اول کاملاً با نیتروژن اشباع شود ، یک سیستم دریچه به طور خودکار جریان هوا را تغییر می دهد. هوای فشرده اکنون به برج دوم تازه بازسازی شده هدایت می شود ، که شروع به تولید اکسیژن می کند. برج اول اکنون برای پاکسازی نیتروژن جمع آوری شده آن به فشار جوی منتقل می شود.

این چرخه - فشار و تولید در یک برج ، افسردگی و پاکسازی در دیگری - هر چند ثانیه تکرار می شود. مداوم جریان اکسیژن توسط یک مخزن محصول که به عنوان یک بافر عمل می کند ، حفظ می شود و پالس های فشار بین سوئیچ ها را صاف می کند.

فناوری غشای: یک رویکرد متفاوت

در حالی که برای نیازهای خلوصی کمتر رایج است ، جداسازی غشای یک فناوری مهم است ، به ویژه برای الزامات اکسیژن صنعتی جایی که خلوص پایین تر (به طور معمول 25-50 ٪) قابل قبول است ، مانند فرآیندهای احتراق یا تصفیه فاضلاب.

در Core Concept: Selective Permeation

یک ژنراتور اکسیژن غشایی از صدها الیاف پلیمری کوچک و توخالی تشکیل شده است. این الیاف دارای خاصیت ویژه ای هستند: گازهای مختلف از طریق دیواره های خود با نرخ های مختلف نفوذ می کنند. اکسیژن ، دی اکسید کربن و بخار آب بسیار سریعتر از نیتروژن نفوذ می کند.

در Process:

هوای فشرده شده در یک انتهای بسته این الیاف توخالی تغذیه می شود. "گازهای سریع" مانند اکسیژن از طریق دیواره های فیبر نفوذ می کنند و در خارج از الیاف به عنوان گاز محصول جمع می شوند. هوای غنی از نیتروژن ("غیرقانونی") تا پایان الیاف ادامه می یابد و از بین می رود. این روش نیازی به قطعات متحرک (علاوه بر کمپرسور) ندارد و یک فرآیند مداوم است ، نه یک چرخه مانند PSA.

مؤلفه های اصلی یک سیستم تولید اکسیژن

صرف نظر از این فناوری ، چندین مؤلفه اصلی جهانی هستند:

کمپرسور هوا: در engine of the device, providing the pressurized air needed for separation.

سیستم تصفیه: یک سیستم چند مرحله ای برای از بین بردن ذرات ، روغن ها و رطوبت از هوای ورودی ، از اجزای داخلی محافظت می کند.

تختخواب الک (PSA) یا ماژول غشایی: در core separation unit where the actual فرآیند جداسازی اکسیژن اتفاق می افتد

جریان سنج و تنظیم کننده: به کاربر اجازه می دهد تا میزان تحویل اکسیژن را کنترل کند (به عنوان مثال ، لیتر در دقیقه برای یک بیمار پزشکی).

مخزن محصول: یک مخزن ذخیره سازی کوچک که اکسیژن غلیظ را در خود جای داده است ، با وجود دوچرخه سواری برجهای PSA ، جریان صاف و مداوم را تضمین می کند.

سیستم کنترل و دریچه ها: سنسورهای الکترونیکی و دریچه های پنوماتیک کل فرآیند را به صورت خودکار انجام می دهند و زمان دقیق نوسان فشار و اطمینان از ایمنی را مدیریت می کنند.

خلوص اکسیژن و جریان: درک خروجی

توجه به این نکته مهم است که خلوص اکسیژن و سرعت جریان اغلب در بسیاری از مدل های کنسانتره به طور معکوس مرتبط است. در یک جریان جریان پایین تر (به عنوان مثال ، 1 لیتر در دقیقه) ، خلوص ممکن است در بالاترین (به عنوان مثال ، 95 ٪) باشد. با افزایش سرعت جریان (به عنوان مثال ، 5 لیتر در دقیقه) ، ممکن است خلوص کمی کاهش یابد زیرا سیستم برای ادامه تقاضا سخت تر کار می کند. این یک نکته مهم برای اکسیژن پزشکی درمانی و انتخاب تجهیزات

برنامه ها: از پزشکی تا صنعتی

در principle of oxygen generation is versatile, scaling to meet vastly different needs:

اکسیژن درمانی خانگی: واحدهای PSA کوچک و قابل حمل به بیماران مبتلا به شرایط تنفسی اجازه می دهد تا تحرک و استقلال را حفظ کنند.

بیمارستان ها و کلینیک ها: بزرگتر ، ثابت سیستم های ژنراتور اکسیژن منبع اصلی اکسیژن درجه پزشکی را تهیه کرده و چالش های لجستیکی و خطرات سیلندرهای اکسیژن را از بین می برد.

کاربردهای صنعتی: سیستم های PSA و غشای با ظرفیت بالا در جوشکاری و برش فلز ، تولید شیشه ، آبزی پروری (کشاورزی ماهی) ، تولید ازن و کارخانه های تصفیه آب برای پشتیبانی فرآیندهای درمانی هوازی .

نتیجه گیری: کارآیی و ایمنی از طریق علم

در working principle of an oxygen generator is a brilliant application of physical chemistry and mechanical engineering. By harnessing the selective adsorption properties of zeolite or the permeation properties of advanced membranes, these devices perform a critical separation process efficiently and reliably.

این فناوری باعث انقلابی در اکسیژن درمانی و استفاده از اکسیژن صنعتی شده است ، و یک روش ایمن تر ، راحت تر و مقرون به صرفه تر را فراهم می کند تولید اکسیژن در محل بشر درک علم پشت مکانیسم تولید اکسیژن نه تنها الهام بخش از مهندسی است بلکه به کاربران و متخصصان پزشکی نیز کمک می کند تا در مورد تجهیزات پشتیبانی از سلامت و صنعت تصمیم گیری آگاهانه بگیرند. $ $