Les concentrateurs d’oxygène utilisant la technologie d’adsorption par oscillation de pression (PSA) sont largement utilisés pour l’apport d’oxygène dans les applications de soins de santé, en particulier lorsque l’oxygène liquide ou sous pression est trop dangereux ou gênant, comme dans les maisons ou les cliniques portables. À d’autres fins, il existe également des concentrateurs basés sur la technologie des membranes de séparation de l’azote.
Un concentrateur d’oxygène absorbe l’air et en retire l’azote, laissant un gaz enrichi en oxygène pour une utilisation par les personnes nécessitant de l’oxygène médical en raison de faibles niveaux d’oxygène dans leur sang. Les concentrateurs d’oxygène constituent une source économique d’oxygène dans les processus industriels où ils sont également connus sous le nom de générateurs d’oxygène gazeux ou d’usines de production d’oxygène.
adsorptionEdit à oscillation de pression
Ces concentrateurs d’oxygène utiliser un tamis moléculaire pour adsorber les gaz et fonctionner sur le principe de l’adsorption rapide par oscillation de pression de l’azote atmosphérique sur les minéraux de zéolithe à haute pression. Ce type de système d’adsorption est donc fonctionnellement un épurateur d’azote laissant passer les autres gaz atmosphériques, laissant l’oxygène comme gaz primaire restant. La technologie PSA est une technique fiable et économique pour la production d’oxygène à petite et moyenne échelle. La séparation cryogénique convient mieux aux volumes plus élevés et la livraison externe est généralement plus adaptée aux petits volumes.
À haute pression, la zéolite poreuse adsorbe de grandes quantités d’azote, en raison de sa grande surface et de ses caractéristiques chimiques. Le concentrateur d’oxygène comprime l’air et le fait passer sur la zéolite, ce qui fait que la zéolite adsorbe l’azote de l’air. Il recueille ensuite le gaz restant, qui est principalement de l’oxygène, et l’azote se désorbe de la zéolithe sous la pression réduite à évacuer.
| I | compressed air input | A | adsorption | |
|---|---|---|---|---|
| O | oxygen output | D | desorption | |
| E | exhaust |
An oxygen concentrator has an air compresseur, deux cylindres remplis de pastilles de zéolite, un réservoir d’égalisation de pression, et quelques vannes et tubes. Dans le premier demi-cycle, le premier cylindre reçoit de l’air du compresseur, qui dure environ 3 secondes. Pendant ce temps, la pression dans le premier cylindre passe de la pression atmosphérique à environ 2,5 fois la pression atmosphérique normale (jauge typiquement de 20 psi / 138 kPa, soit 2,36 atmosphères absolues) et la zéolithe devient saturée en azote. Lorsque le premier cylindre atteint de l’oxygène presque pur (il y a de petites quantités d’argon, de CO2, de vapeur d’eau, de radon et d’autres composants atmosphériques mineurs) dans le premier demi-cycle, une vanne s’ouvre et le gaz enrichi en oxygène s’écoule vers le réservoir d’équilibrage de pression, qui se connecte au tuyau d’oxygène du patient. À la fin de la première moitié du cycle, il y a un autre changement de position de soupape de sorte que l’air du compresseur est dirigé vers le deuxième cylindre. La pression dans le premier cylindre diminue lorsque l’oxygène enrichi se déplace dans le réservoir, permettant à l’azote d’être désorbé en gaz. À mi-parcours de la seconde moitié du cycle, il y a un autre changement de position de la vanne pour évacuer le gaz du premier cylindre dans l’atmosphère ambiante, empêchant la concentration d’oxygène dans le réservoir d’égalisation de pression de descendre en dessous d’environ 90%. La pression dans le tuyau délivrant l’oxygène du réservoir d’égalisation est maintenue constante par une soupape de réduction de pression.
Les unités plus anciennes ont pédalé avec une période d’environ 20 secondes et ont fourni jusqu’à 5 litres par minute d’oxygène à 90+%. Depuis environ 1999, des unités capables de fournir jusqu’à 10 lpm sont disponibles.
Il existe des concentrateurs d’oxygène à tamis moléculaire à deux lits classiques, ainsi que des concentrateurs d’oxygène à tamis moléculaire à plusieurs lits plus récents. L’avantage de la technologie des tamis moléculaires à lit multiple est la disponibilité et la redondance accrues, car les tamis moléculaires de 10 lpm sont échelonnés et multipliés sur plusieurs plates-formes. Avec cela, des valeurs de lpm allant jusqu’à 960 lpm et plus peuvent être réalisées. Le temps de montée en puissance (temps pendant lequel le concentrateur doit commencer à produire de l’oxygène > 90% après avoir été allumé) des concentrateurs d’oxygène à tamis moléculaire multiple est souvent inférieur à 2 minutes et beaucoup plus court, par rapport aux concentrateurs d’oxygène à tamis moléculaire simple à deux lits. Cet avantage est souvent requis dans les applications d’urgence mobiles. La possibilité de remplir des bouteilles d’oxygène standard (par exemple 50 l à 200 bar = 10.000l chacune) avec des surpresseurs à haute pression, d’assurer le basculement automatique des bouteilles de réserve préalablement remplies et d’assurer la chaîne d’approvisionnement en oxygène, par exemple. en cas de panne de courant, est donné avec ces systèmes.
Séparation membranairEdit
Dans la séparation des gaz membranaires, les membranes agissent comme une barrière perméable que les différents composés traversent à des vitesses différentes ou ne traversent pas du tout.