ژنراتور اکسیژن (Oxygen Generator)

ژنراتور اکسیژن چیست ؟

ژنراتورهای اکسیژن (Oxygen Generator)، اکسیژن را از هوای فشرده جدا می‌کنند تا این گاز به‌صورت بلادرنگ وارد فرآیندهای صنعتی شود یا در مخازن تحت فشار ذخیره شود. ژنراتورهای اکسیژن در ده ها کاربرد صنعتی از استخراج طلا گرفته تا آبزی پروری استفاده می شوند.

هوای معمولی محیط از 78 درصد نیتروژن، 21 درصد اکسیژن و سایر گازهای کمیاب مانند آرگون و CO2 تشکیل شده است. به منظور حذف نیتروژن و گازهای ردیابی، از یک ژنراتور اکسیژن استفاده می شود

کوچکترین مولدهای اکسیژن بزرگتر از یک قوطی نوشابه نیستند، در حالی که اکسیژن سازهای صنعتی می توانند یک اتاق را پر کنند. با این حال، همه مولدهای اکسیژن هدف یکسانی دارند: تامین ایمن گاز اکسیژن غلیظ.

کسب و کارهایی که به گاز اکسیژن فله نیاز دارند، اغلب با خرید مخازن گاز از شرکت های دیگری که آن مخازن را با استفاده از یک ژنراتور اکسیژن صنعتی پر می کنند، شروع می کنند.

اگر نیاز آنها به اکسیژن خالص زیاد و مداوم باشد، ممکن است خرید سیستم تولید کننده اکسیژن خودشان و تولید اکسیژن در محل مقرون به صرفه باشد. در حالی که هزینه اولیه ماشین آلات قابل توجه است، هزینه هر فوت مکعب اکسیژن تولید شده 1/3 تا 1/2 هزینه خرید اکسیژن فله است، بنابراین با گذشت زمان، مولد اکسیژن می تواند هزینه خود را بپردازد.

یکی از نمونه‌های آن بیمارستان‌هایی هستند که اکسیژن را به اتاق‌های بیماران می‌رسانند. بیشتر بیمارستان ها به جای استفاده از اکسیژن بطری شده، یک یا چند دستگاه اکسیژن ساز صنعتی در ساختمان دارند. سیستمی از لوله های تحت فشار برای جریان دادن اکسیژن به هر اتاق استفاده می شود.

یک دستگاه اکسیژن ساز یا ژنراتور اکسیژن چه کار می کند؟

یک ژنراتور اکسیژن با جداسازی اکسیژن از سایر گازهای موجود در هوا با استفاده از فناوری های مختلف کار می کند. روش خاص به کار گرفته شده به نوع مولد اکسیژن بستگی دارد.

ویژگی های اصلی یک ژنراتور اکسیژن

در اینجا ویژگی های اصلی یک ژنراتور اکسیژن و عملکرد آن آورده شده است:

ورودی هوا:

مولد اکسیژن هوای محیط را از محیط اطراف خود جذب می کند. هوا معمولاً حاوی 78 درصد نیتروژن، 21 درصد اکسیژن و مقدار کمی از گازهای دیگر است.

فیلتراسیون:

هوای ورودی از یک سری فیلترها عبور می کند تا ناخالصی ها، گرد و غبار و سایر ذرات معلق را حذف کند. این فیلترها تضمین می کنند که اکسیژن تولید شده با کیفیت بالا و عاری از آلودگی است.

فشرده سازی:

پس از فیلتراسیون، هوا وارد کمپرسور شده و در آنجا تحت فشار قرار می گیرد. این فرآیند فشرده سازی باعث افزایش غلظت اکسیژن و کاهش غلظت نیتروژن و سایر گازها می شود.

جداسازی:

هوای تحت فشار به یک بستر الک مولکولی که از مواد زئولیت تشکیل شده است حرکت می کند. زئولیت ماده ای است که میل ترکیبی بالایی به نیتروژن دارد. همانطور که هوا از بستر غربال عبور می کند، زئولیت به طور انتخابی مولکول های نیتروژن را جذب می کند و به مولکول های اکسیژن اجازه می دهد راحت تر از آن عبور کنند.

جمع آوری اکسیژن:

اکسیژن تصفیه شده که اکنون از نیتروژن و سایر گازها جدا شده است، جمع آوری و در مخزنی در مولد اکسیژن ذخیره می شود.

تحویل: سپس اکسیژن جمع‌آوری‌شده از طریق یک فلومتر و یک سیستم تحویل مانند کانول‌های بینی یا ماسک به کاربر تحویل داده می‌شود. سرعت جریان را می توان با توجه به نیازهای اکسیژن درمانی تجویز شده توسط کاربر تنظیم کرد.

عملکرد مداوم:

ژنراتورهای اکسیژن به گونه ای طراحی شده اند که به طور مداوم کار کنند و از تامین پایدار اکسیژن اطمینان حاصل کنند. آنها اغلب دارای سیستم های چرخشی هستند که فازهای جذب و دفع بستر غربال مولکولی را به طور متناوب تغییر می دهند و امکان تولید مداوم اکسیژن را فراهم می کنند.

به طور کلی، ژنراتورهای اکسیژن یک راه حل راحت و مقرون به صرفه برای افرادی که نیاز به اکسیژن درمانی مکمل دارند، ارائه می دهند و به آنها اجازه می دهد تا غلظت اکسیژن مورد نیاز را بدون نیاز به مخازن اکسیژن حجیم یا پر کردن مکرر دریافت کنند.

تفاوت بین یک متمرکز کننده اکسیژن و یک مولد اکسیژن چیست؟

یک کنسانتره اکسیژن و یک مولد اکسیژن دو دستگاه متفاوتی هستند که برای تولید یا تمرکز اکسیژن استفاده می شوند، اما از نظر نحوه عملکرد منحصر به فرد هستند.

کنسانتره اکسیژن

دستگاه اکسیژن ساز وسیله ای پزشکی است که هوای محیط را جذب کرده و نیتروژن را از آن خارج می کند و اکسیژن غلیظی را در اختیار کاربر قرار می دهد.

 نکات کلیدی در مورد متمرکز کننده های اکسیژن :

عملیات:

تغلیظ کننده های اکسیژن از فرآیندی به نام جذب نوسان فشار (PSA) برای استخراج اکسیژن از هوا استفاده می کنند. هوا به داخل غلیظ کننده کشیده می شود و از یک سری فیلترها عبور می کند که ناخالصی ها را حذف کرده و با استفاده از بسترهای غربال مولکولی اکسیژن را از نیتروژن جدا می کند.

سطوح غلظت:

تغلیظ کننده های اکسیژن معمولاً اکسیژن را با غلظت های بین 87 تا 95 درصد بسته به مدل و تنظیمات خاص تحویل می دهند. این غلظت برای اکثر مصارف درمانی کافی است.

منبع تغذیه:

تغلیظ کننده های اکسیژن دستگاه هایی با انرژی الکتریکی هستند. آنها برای کار کردن به یک منبع مداوم برق نیاز دارند و معمولاً در خانه‌ها، بیمارستان‌ها و سایر امکانات مراقبت‌های بهداشتی استفاده می‌شوند.

قابل حمل بودن:

در حالی که برخی از مدل ها قابل حمل هستند و برای جابجایی طراحی شده اند، بیشتر کنسانتره های اکسیژن در مقایسه با ژنراتورهای اکسیژن بزرگتر و کمتر قابل حمل هستند.

استفاده پزشکی:

متمرکز کننده های اکسیژن معمولاً برای ارائه اکسیژن درمانی تکمیلی به بیماران مبتلا به بیماری های تنفسی مانند بیماری انسداد مزمن ریه (COPD) یا در شرایط دیگری که اکسیژن اضافی مورد نیاز است استفاده می شود.

ژنراتور اکسیژن

مولد اکسیژن که به عنوان کارخانه اکسیژن نیز شناخته می شود، دستگاهی است که با جداسازی آن از سایر گازهای موجود در جو، اکسیژن تولید می کند. ژنراتورهای اکسیژن معمولاً در کاربردهای صنعتی استفاده می‌شوند، اما می‌توان آنها را در محیط‌های پزشکی برای تامین اکسیژن در مقیاس بزرگ نیز یافت.

نکات کلیدی در مورد ژنراتورهای اکسیژن:

عملیات: ژنراتورهای اکسیژن از روش‌های مختلفی مانند جذب نوسان فشار (PSA)، جداسازی غشایی یا تقطیر برودتی برای جداسازی اکسیژن از هوا استفاده می‌کنند. تکنیک خاص مورد استفاده به مقیاس و الزامات برنامه بستگی دارد.

سطوح غلظت:

ژنراتورهای اکسیژن می توانند اکسیژن با خلوص بالا با غلظت های بین 90٪ تا بیش از 99٪ تولید کنند

 

منبع تغذیه:

ژنراتورهای اکسیژن بسته به طراحی و اندازه می توانند با برق یا سایر منابع انرژی تغذیه شوند. آنها عموما بزرگتر و قدرتمندتر از تغلیظ کننده های اکسیژن هستند.

قابلیت حمل:

ژنراتورهای اکسیژن معمولاً بزرگتر و کمتر از اکسیژن سازها قابل حمل هستند. آنها اغلب واحدهای ثابتی هستند که در تأسیسات صنعتی یا پزشکی نصب می شوند تا نیاز به حجم زیادی از اکسیژن را برآورده کنند.

کاربرد صنعتی:

ژنراتورهای اکسیژن معمولاً در صنایعی مانند فولادسازی، فرآوری شیمیایی، تصفیه آب و هوافضا استفاده می شوند. آنها برای کاربردهایی استفاده می شوند که به اکسیژن با خلوص بالا در مقادیر زیاد نیاز دارند.

به طور کلی، تفاوت اصلی بین یک متمرکز کننده اکسیژن و یک ژنراتور اکسیژن در عملکرد، سطوح غلظت، منبع انرژی، قابلیت حمل و کاربرد کلی یا تمرکز صنعتی آنها نهفته است. در حالی که غلظت‌دهنده‌های اکسیژن عمدتاً برای اهداف پزشکی استفاده می‌شوند، ژنراتورهای اکسیژن دستگاه‌های بزرگ‌تری هستند که عمدتاً در محیط‌های صنعتی برای تولید حجم بالایی از اکسیژن استفاده می‌شوند.

انواع دستگاه های اکسیژن ساز

1. ژنراتور اکسیژن جذب نوسان فشار

فیلتر غربال اکسیژن

جذب نوسان فشار (PSA) رایج ترین روش تولید اکسیژن در مقیاس صنعتی است. ژنراتورهای PSA نیتروژن را از هوای محیط در داخل یک مخزن تحت فشار پر از زئولیت جدا می کنند.

زئولیت یک ماده معدنی طبیعی یا مصنوعی است که به عنوان یک غربال مولکولی عمل می کند. این توانایی «مرتب‌سازی» مولکول‌ها بر اساس اندازه است که زئولیت را بسیار مفید می‌کند.

مولکول های نیتروژن بزرگتر توسط مواد الک جذب می شوند در حالی که مولکول های اکسیژن کوچکتر از آن عبور کرده و جمع آوری می شوند. سپس فشار آزاد می شود، مولکول های نیتروژن به اتمسفر تخلیه می شوند و مخزن دوباره تحت فشار قرار می گیرد.

استفاده از PSA باعث تولید گاز اکسیژن 90 تا 95 درصد می شود. پالایش بیشتر را می توان با تکرار فرآیند تا تولید بیش از 99 درصد اکسیژن خالص به دست آورد.

به عنوان یک نکته جانبی، فرآیند PSA همچنین می تواند برای تولید نیتروژن با جمع آوری مولکول های نیتروژن و تخلیه اکسیژن استفاده شود. PSA همچنین در سنتز تجاری هیدروژن در مقیاس بزرگ مورد استفاده در پالایشگاه های نفت و در تولید آمونیاک برای کود استفاده می شود.

2. مولد اکسیژن غشایی

مولد اکسیژن غشایی به ما جریان هوای فشرده ای را می دهد که از مواد نیمه تراوا عبور می کند که امکان عبور مولکول های خاص را فراهم می کند. تحت فشار، مولکول‌های کوچک‌تر اکسیژن از غشا عبور می‌کنند، فیلتر می‌شوند و جمع‌آوری می‌شوند و جریانی از نیتروژن را از انتهای مخالف غشا خارج می‌کنند. در حالی که ژنراتورهای نوع غشایی چندان رایج نیستند، اما قابل اعتمادتر هستند زیرا هیچ قطعه متحرکی وجود ندارد که بتواند خراب شود.

3. مولد اکسیژن شیمیایی

دستگاه اکسیژن ساز هواپیما

مولد اکسیژن شیمیایی دستگاهی است که با یک واکنش شیمیایی اکسیژن آزاد می کند. ظرفی از نمک های معدنی به نام “سوپراکسید” یا کلرات سدیم مشتعل می شود. همانطور که آنها گرم می شوند، تا زمانی که ترکیب مصرف شود، اکسیژن تولید می کنند.

به دلیل ماندگاری طولانی، پایداری و اندازه کوچک (به اندازه یک قوطی نوشابه)، ژنراتورهای شیمیایی اکسیژن در هواپیماهای تجاری استفاده می شوند. هر ژنراتور که روی صندلی ها نصب می شود، می تواند اکسیژن کافی برای 2-3 ماسک به مدت 10-20 دقیقه تولید کند. دستگاه مشابهی شمع اکسیژن نامیده می شود. این با استفاده از همان اصل آزادسازی اکسیژن با گرما کار می کند و به عنوان تامین کننده اکسیژن ایمنی شخصی در معادن، زیردریایی ها و ایستگاه فضایی استفاده می شود.

موارد استفاده از ژنراتور اکسیژن

در حالی که ده ها کاربرد برای ژنراتورهای اکسیژن صنعتی وجود دارد، برخی از رایج ترین آنها در زیر ذکر شده است.

اکسیژن درجه پزشکی فله

اکسیژن درجه پزشکی مورد استفاده در بیمارستان‌ها یا برای مراقبت‌های بهداشتی در منزل دارای گواهینامه مطابقت با مونوگراف XXII Oxygen 93% Pharmacopeia ایالات متحده (USP) است. مورد نیاز USP این است که سطح اکسیژن بین 90 تا 96 درصد خالص است و بقیه آن از آرگون و هیدروژن تشکیل شده است. بیش از 300ppm CO2 یا هر گاز یا مولکول دیگری مجاز نیست.

اکسیژن تنفسی قابل حمل

ایستگاه فضایی بین‌المللی، زیردریایی‌ها و غواصان غواصی همگی به ژنراتورهای اکسیژن برای تولید هوای قابل تنفس متکی هستند. از آنجایی که آنها سیستم های بسته هستند، هر کدام در ارتباط با “اسکرابر” دی اکسید کربن برای حذف CO2 در حالی که سطح اکسیژن را به 20.9٪ هوای اکسیژن دار برمی گرداند، کار می کنند.

مزارع پرورش ماهی و آبزی پروری

مانند انسان، ماهی و سایر حیوانات دریایی برای زنده ماندن به اکسیژن نیاز دارند. با رواج مزارع پرورش ماهی، “کشاورزان” باید برای زنده ماندن دام خود را مطمئن کنند که اکسیژن مناسبی دریافت می کند. قبل از اینکه پرورش ماهی در مقیاس صنعتی انجام شود، کشاورزان منطقه ای از آب را در لبه دریاچه حصار می کشیدند تا صید خود را افزایش دهند. کشاورزان با استفاده از ژنراتورهای اکسیژن صنعتی، اکنون توانایی پرورش ماهی در استخرهای مصنوعی آب اکسیژنه را دارند. مزیت کشاورز تراکم بالاتر ذخایر در منطقه کوچکتر و رشد سریعتر ماهی است.

تصفیه فاضلاب و فاضلاب

در تصفیه خانه های فاضلاب از ژنراتورهای اکسیژن برای تامین اکسیژن اضافی برای باکتری ها استفاده می شود که امکان تجزیه زیستی را فراهم می کند. اگر در طول فرآیند اکسیژن اضافی اضافه شود، باکتری ها لجن را به CO2 و آب سریعتر تجزیه می کنند.

صنعت فولاد

ژنراتورهای اکسیژن صنعتی به روش های مختلفی در فرآیند تولید فولاد استفاده می شوند. کوره های اکسیژن برای کربن زدایی، فرآیند کاهش کربن در فلزات در حالت مذاب استفاده می شود. همچنین از اکسیژن برای افزایش سرعت ذوب در کوره ها و کاهش رسوب در هنگام گرم کردن مجدد کوره ها استفاده می شود.

استخراج طلا

معادنی که طلا را در مقیاس صنعتی استخراج می کنند از ژنراتورهای اکسیژن در طول فرآیند شستشوی سیانید استفاده می کنند. محلول سدیم سیانید به همراه اکسیژن در سنگ های دارای طلا خرد شده مخلوط می شود تا طلا را از سنگ آزاد کند.

جوشکاری

برای برش و جوشکاری اکسی استیلن فلزات از سوخت مایع و اکسیژن برای افزایش دمای شعله استفاده می شود تا فلز در نقطه نوک جوش ذوب شود. از این ذوب می توان برای جوشکاری یا برش فلز استفاده کرد.

شیشه سازی

مانند جوشکاری، دمیدن شیشه برای ذوب شدن شیشه نیاز به حرارت بالایی دارد. از اکسیژن برای افزایش دمای شعله ها هم در کوره ها و هم برای مشعل هایی که برای شکل دادن به قطعات شیشه استفاده می شود استفاده می شود.

تولید خمیر و کاغذ

جداسازی فرآیند استخراج لیگنین از مواد گیاهی در یکی از مراحل مورد نیاز برای ساخت کاغذ از درختان است. مقادیر زیادی اکسیژن در این فرآیند و همچنین چندین مرحله بعدی دیگر در تولید خمیر و کاغذ مورد نیاز است.