בדיקת טכנולוגיית ייצור חמצן בקנה מידה קטן עם תנודת לחץ

 טכנולוגיית ייצור חמצן לספיחת תנופת לחץ בקנה מידה קטן
 

טכנולוגיית הפקת חמצן בתנופת לחץ קטנה (PSA) משתמשת באוויר כחומר גלם להפקת חמצן באמצעות ספיחה פיזית, עם חשמל כמקור האנרגיה היחיד שלה. תוך דקות מרגע ההפעלה, הציוד יכול לייצר חמצן רפואי ברציפות עם תכולת חמצן הגבוהה מ-90%, ועומד בתקני טיפול רפואי. טכנולוגיה זו מציעה יתרונות כמו פעולה פשוטה, אמינות, אספקת חמצן לטווח ארוך וחסכוניות.

רכזי חמצן קטנים של PSA נמצאים בשימוש נרחב בבתי חולים, בתים, בתי מלון, חטיפי חמצן ומקומות ציבוריים אחרים, עם דרישות מחמירות לגודל, משקל, רעש וצריכת אנרגיה. כדי לעמוד בדרישות אלו, הרכזים חייבים להיות קומפקטיים, קלים, ניידים, שקטים וחסכוניים באנרגיה. כדי לשפר עוד יותר את הביצועים של מחולל החמצן הקטן PSA, מחקר זה בוחן גורמים המשפיעים על ייצור החמצן, כולל בחירת מסננת מולקולרית, זמן מיתוג, אופטימיזציה של שלבי השוואת הלחץ וקיבולת מיכל אחסון חמצן. המטרה היא לשפר את יעילות ייצור החמצן, להפחית את צריכת האנרגיה ולהאריך את חיי השירות של הציוד באמצעות אופטימיזציות אלו.

 

 

 

זרימת תהליך

ייצור החמצן בתנופת לחץ (PSA) מסתמך על יכולות הספיחה השונות של נפות מולקולריות זאוליט עבור חמצן וחנקן בלחצים משתנים. בלחץ גבוה נספג חנקן המעשיר חמצן, בעוד בלחץ נמוך נספג חנקן ומניב גז עשיר בחמצן. מיטות ספיחה מרובות מוחלפות ברצף לייצור חמצן מתמשך. תהליכי PSA נפוצים כוללים ספיחה בלחץ גבוה עם ספיחה אטמוספרית (PSA), ספיחה בלחץ עם ספיחה ואקום (VPSA) וספיחה אטמוספרית עם ספיחה ואקום (VSA).

תהליך ה-PSA נמצא בשימוש נרחב בייצור חמצן בקנה מידה קטן בשל הפשטות וההשקעה הנמוכה שלו, אך צריכת האנרגיה הגבוהה שלו עוררה עניין בתהליך VPSA יעיל יותר באנרגיה. בשנים האחרונות, טכנולוגיית VPSA צברה אחיזה ביישומים בקנה מידה קטן, כאשר מוצרים כבר הושקו בחו"ל.

כדי לשפר את התאוששות הגז, טוהר החמצן והפחתת צריכת האנרגיה, הוכנס שלב השוויון הלחץ (PE). שלב זה מחבר בין שני מגדלי ספיחה, ומאפשר לגז מהמגדל בלחץ גבוה לזרום לתוך מגדל הלחץ הנמוך, ומאזן את הלחצים שלהם. התאוששות זו של אנרגיה מכנית ואופטימיזציה של חלוקת ריכוזי הגז משפרת את יעילות האנרגיה ואת שיעורי ההתאוששות.

מחקרים מראים שתהליך ה-PSA עם PE מפחית באופן משמעותי את לחצי המיתוג, אובדן הספק של המדחס ואובדן הספק של המיטה תוך שיפור יעילות האנרגיה והתאוששות הגז. בעוד PE מיושם באופן נרחב במערכות בקנה מידה גדול, השימוש בו במכשירים בקנה מידה קטן פחות נפוץ בגלל מגבלות טכניות ועלויות. בייצור חמצן PSA בקנה מידה קטן, ניתן ליישם PE בכניסה, ביציאה או בשני הקצוות של מגדל הספיחה, לשיפור הביצועים, היעילות והחיסכון באנרגיה.

 

 

תהליך בדיקה

1-מסנן; 2-קומפרסור; 3-מגניב יותר; 4-מד לחץ; 5-שסתום סולנואיד דו-מצבי בחמישה כיוונים; 6- משתיק קול; 7-מגדל ספיחה; 8-שסתום סולנואיד משווה לחץ; 9-שסתום מצערת; 10-שסתום תלת כיווני; 11-שסתום סימון; 12-מיכל אחסון גז; 13-שסתום הגבלת הלחץ;
14-מד זרימה; 15-לוח הבקרה

המכשיר הניסיוני משתמש בלוח בקרה כדי לנהל את שסתום הסולנואיד הדו-מצבי חמש-כיווני ואת שסתום הסולנואיד להשוואת הלחץ, מה שמאפשר שלוש תצורות תהליך: ללא השוואת לחץ, השוואת לחץ בכניסת האוויר, והשוואת לחץ בשני קצוות הספיחה מִגדָל. המערכת מתאימה את זמן השוואת הלחץ ואת זמן חיבור כניסת האוויר כדי לעבור בין תהליכים אלה.

אוויר מטוהר, דחוס ומקורר לפני הכניסה למגדל הספיחה עם מסננת מולקולרית זאוליט להפרדה. החמצן המופרד זורם למיכל אחסון גז, בעוד החנקן הנותר מאוורר. זרימת החמצן נשלטת על ידי מד זרימה, וזמן המעבר מותאם באמצעות לוח הבקרה. תכולת החמצן נמדדת בשיטת תמיסת אמוניה נחושת ומד חמצן אינטליגנטי YHL.

ניסוי זה מתמקד בהשפעה של גורמים כמו סוג מסננת מולקולרית, זמן מיתוג, שלבי השוואת לחץ, יחס מגדל ספיחה ונפח מיכל אחסון על ייצור החמצן. חלק מהפרמטרים הם חסרי מימד לניתוח ברור יותר של ההשפעות שלהם על הביצועים.

מַסְקָנָה
 

לסוגים שונים של מסננות מולקולריות יש השפעות משמעותיות על יעילות ייצור החמצן, כאשר מסננת מולקולרית LiX מניבה את הביצועים הטובים ביותר. שימוש ב-LiX יכול להקטין מאוד את גודל מגדל הספיחה, להוריד את יחס החמצן לאוויר ולשפר את ביצועי המכונה הכוללים.

זמן ההחלפה הוא פרמטר מפתח בייצור חמצן של ספיחה בתנופת לחץ (PSA). זמן ההחלפה האופטימלי עבור מערכת ספציפית חייב להיקבע באמצעות ניסויים.

הצגת שלב השוואת לחץ (PE) יכולה להגדיל ביעילות את תכולת החמצן ואת קצב ההתאוששות, מה שמוביל לחיסכון באנרגיה. תוספת של שלב PE בודד משפרת משמעותית הן את ריכוז החמצן והן את קצב ההתאוששות. לכן, עבור מערכות ייצור חמצן PSA בקנה מידה קטן, נעשה שימוש נפוץ בתהליך PE חד-שלבי פשוט.

הגדלת יחס הגובה לקוטר של מגדל הספיחה עוזרת לשפר את ביצועי ייצור החמצן במערכות PSA בקנה מידה קטן. עם זאת, יחסים גבוהים מדי יכולים להפחית את הניצול של מסננות מולקולריות ולגרום להשפעות דופן משמעותיות, אשר משפיעות לרעה על יעילות ייצור החמצן.

הגדלת הקיבולת של מיכל אגירת הגז עוזרת לשפר את תכולת החמצן ולהפחית את התנודות באספקת החמצן.