I concentratori di ossigeno che utilizzano la tecnologia Pressure swing adsorption (PSA) sono ampiamente utilizzati per la fornitura di ossigeno nelle applicazioni sanitarie, specialmente dove l’ossigeno liquido o pressurizzato è troppo pericoloso o scomodo, come nelle case o nelle cliniche portatili. Per altri scopi ci sono anche concentratori basati sulla tecnologia della membrana di separazione dell’azoto.
Un concentratore di ossigeno prende aria e rimuove l’azoto da esso, lasciando un gas arricchito di ossigeno per l’uso da parte di persone che richiedono ossigeno medico a causa dei bassi livelli di ossigeno nel sangue. I concentratori di ossigeno forniscono una fonte economica di ossigeno nei processi industriali in cui sono noti anche come generatori di gas di ossigeno o impianti di generazione di ossigeno.
di oscillazione di Pressione adsorptionEdit
Questi concentratori di ossigeno utilizzare un setaccio molecolare per assorbire i gas e funzionano secondo il principio della rapida variazione di pressione di adsorbimento di azoto atmosferico sulla zeolite minerali ad alta pressione. Questo tipo di sistema di adsorbimento è quindi funzionalmente uno scrubber di azoto che lascia passare gli altri gas atmosferici, lasciando l’ossigeno come gas primario rimanente. La tecnologia PSA è una tecnica affidabile ed economica per la generazione di ossigeno su piccola e media scala. La separazione criogenica è più adatta a volumi più elevati e la consegna esterna generalmente più adatta a piccoli volumi.
Ad alta pressione, la zeolite porosa assorbe grandi quantità di azoto, a causa della sua ampia superficie e delle sue caratteristiche chimiche. Il concentratore di ossigeno comprime l’aria e la passa sopra la zeolite, causando la zeolite per assorbire l’azoto dall’aria. Quindi raccoglie il gas rimanente, che è per lo più ossigeno, e l’azoto desorbe dalla zeolite sotto la pressione ridotta da scaricare.
| I | compressed air input | A | adsorption | |
|---|---|---|---|---|
| O | oxygen output | D | desorption | |
| E | exhaust |
An oxygen concentrator has an air compressore, due cilindri riempiti con pellet di zeolite, un serbatoio di equalizzazione della pressione e alcune valvole e tubi. Nel primo mezzo ciclo il primo cilindro riceve aria dal compressore, che dura circa 3 secondi. Durante questo periodo la pressione nel primo cilindro sale da atmosferica a circa 2,5 volte la pressione atmosferica normale (tipicamente 20 psi/138 kPa gauge, o 2,36 atmosfere assolute) e la zeolite si satura di azoto. Quando il primo cilindro raggiunge l’ossigeno puro (ci sono piccole quantità di argon, CO2, vapore acqueo, radon e altri componenti atmosferici minori) nel primo semiciclo, si apre una valvola e il gas arricchito di ossigeno scorre nel serbatoio di equalizzazione della pressione, che si collega al tubo dell’ossigeno del paziente. Alla fine della prima metà del ciclo, c’è un altro cambio di posizione della valvola in modo che l’aria dal compressore sia diretta al secondo cilindro. La pressione nel primo cilindro scende mentre l’ossigeno arricchito si muove nel serbatoio, consentendo all’azoto di essere desorbito nel gas. Parte attraverso la seconda metà del ciclo, c’è un altro cambio di posizione della valvola per sfogare il gas nel primo cilindro nell’atmosfera ambiente, mantenendo la concentrazione di ossigeno nel serbatoio di equalizzazione della pressione di scendere al di sotto di circa il 90%. La pressione nel tubo che fornisce ossigeno dal serbatoio di equalizzazione è mantenuta costante da una valvola di riduzione della pressione.
Le unità più vecchie hanno pedalato con un periodo di circa 20 secondi e hanno fornito fino a 5 litri al minuto di ossigeno 90+%. Dal 1999 circa sono disponibili unità in grado di fornire fino a 10 lpm.
Esistono classici concentratori di ossigeno a setaccio molecolare a due letti, nonché nuovi concentratori di ossigeno a setaccio molecolare a più letti. Il vantaggio della tecnologia del setaccio molecolare del multi letto è la disponibilità e la ridondanza aumentate, poichè i setacci molecolari di 10 lpm sono sfalsati e moltiplicati su parecchie piattaforme. Con questo, i valori di lpm fino a 960 lpm e più possono essere realizzati. Il tempo di rampa (il tempo in cui il concentratore deve iniziare a produrre ossigeno > 90% dopo essere stato acceso) dei concentratori di ossigeno a setaccio molecolare multiplo è spesso inferiore a 2 minuti e molto più breve, rispetto ai semplici concentratori di ossigeno a setaccio molecolare a due letti. Questo vantaggio è spesso richiesto nelle applicazioni di emergenza mobili. La possibilità di riempire bombole di ossigeno standard (ad es. 50 l a 200 bar = 10.000 l ciascuna) con booster ad alta pressione, per garantire il failover automatico delle bombole di riserva precedentemente riempite e per garantire la catena di approvvigionamento di ossigeno ad es. in caso di interruzione di corrente, è dato con tali sistemi.
Separazione della membranamodifica
Nella separazione dei gas di membrana, le membrane agiscono come una barriera permeabile che diversi composti si muovono a velocità diverse o non attraversano affatto.