分子筛制氧机原理简介

分子筛制氧机原理简介 1、分子筛简介 分子筛是一种具有立方晶格的硅铝酸盐化合物。分子筛具有均匀的微孔结构，它的孔穴直径大小均匀，这些孔穴能把比其直径小的分子吸附到孔腔的内部，并对极性分子和饱和分子具有优先吸附能力，因而能把极性程度不同，饱和程度不同，分子大小不同及沸点不同的分子分离开来，即具有“筛分”分子的作用，故称分子筛。由于分子筛具有吸附能力高，热稳定性强等其它吸附剂所没有的优点，使得分子筛获得广泛的应用。 分 子 筛 结构图 2、制氧分子筛 5A小型制氧分子筛是一种特制的5A分子筛，是专为医疗保健制氧机而生产的，该分子筛具有制氧纯度高、速度快、使用寿命长的特点，是5A分子筛在医疗保健行业的一个重要应用。 化学式:4/5CaO?1/5Na2O?Al2O3?2 SiO2 硅铝比:SiO2/Al2O3?2 有效孔径:约5A 应用:除具有一般5A分子筛的特性外，主要用于变压吸附制氧。 3、小型分子筛制氧机的发展历程 1962年美国联合碳化物公司(UCC)发现了分子筛对气体的选择性特性，并在实验设备上实现了对少数不同气体的分离;随即研制成功了世界上第一台制氢工业装置;随着分子筛材料与的不断提升，70年代中期美国和德国首先将PSA技术应用于空气分离并在化工领域得到应用，到80年代中期化学工业的发展为分子筛的性能提高起到了关键作用，这使设备小型化成为可能，1985年美国的Praxair公司研制的第一台小型制氧机的问世标志着PSA技 术小型化的开始，90年代初产品意义上的医用小型制氧机开始出现，美国材料实验学会(ASTM)于1993年颁布了医用小型制氧机标准规范(F1464-1993)，国际标准组织于1996年发布了医用小型制氧机的安全性标准(ISO8359:1996)。 目前我国只有国家药品管理局颁布的《YY/T0298—1998医用分子筛制氧设备通用技术规范》，还没有相应的与国际接轨的医用小型制氧机行业或产品标准。 》标准及国际标准《ISO8359:1996》两个标准的一个共同特点是对制美国《F1464—1993 氧机做了以下几点强制性规范，而我国《YY/T0298—1998》则没有强制性要求: A.产品必须有不可更改的累计计时功能。 B.产品必须设计有氧浓度监控系统。 C.产品在整个使用过程中氧浓度不得低于某一安全值，美国《F1464-1993》标准为85，国际标准《ISO8359:1996》为82，我国只对新机出厂作了要求，并未对使用过程中的氧浓度安全值作要求。 4、分子筛制氧机的工作原理: 小型变压吸附制氧系统采用5A沸石分子筛为吸附剂，5A沸石分子筛的晶体是笼型结构，有非常发达的晶穴，在晶穴中具有非常强的阳离子和氧负离子，构成了极性极强的极性分子筛，而氧和氮是非极性分子，当氧氮通过5A极性分子筛时，在极性分子作用下，氧氮产生了诱导偶极，而氧氮的诱导偶极和5A沸石分子筛的极性作用产生一种诱导力，而容易极化的氮产生的诱导力远远大于氧产生的诱导力，因此5A沸石分子筛对氮的吸附容量大于对氧的吸附容量，所以氮被5A沸石分子筛优先吸附而富集于分子筛的固相中，氧富集于非固相中，这就是氧的产品气。5A沸石分子筛具有加压时 对氮的吸附容量增加，减压时吸附容量减少 的特点，因此可采用对5A沸石分子筛加压 时吸附氮，减压时氮从分子筛中解吸出来的 来实现变压吸附的方法制氧。 在极性分子和非极性分子之间，由于 极性分子偶极所产生的电场对非极性分子 发生影响，使非极性分子电子云变形(即电子 云被吸向极性分子偶极的正电的一极)，结果 使非极性分子的电子云与原子核发生相对 位移，本来非极性分子中的正、负电荷重心是重合的，相对位移后就不再重合，使非极性分 子产生了偶极。这种电荷重心的相对位移叫做“变形”，因变形而产生的偶极，叫做诱导偶极，以区别于极性分子中原有的固有偶极。诱导偶极和固有偶极就相互吸引，这种由于诱导偶极而产生的作用力，叫做诱导力。 同样，在极性分子和极性分子之间，除了取向力外，由于极性分子的相互影响，每个分子也会发生变形，产生诱导偶极。其结果使分子的偶极矩增大，既具有取向力又具有诱导力。在阳离子和阴离子之间也会出现诱导力。 诱导力的大小与非极性分子极化率和极性分子偶极距的乘积成正比。 技术原理--常压解吸(Oxygen generator by pressure swing adsorption) PSA变压吸附制氧 压缩空气经空气预处理系统除去油、尘埃等固体杂质及大部分的气态水,分别进入装有沸石分子筛的氧氮分离单元，空气中的氮气、二氧化碳、水蒸气被分子筛选择吸附，氧气则穿过氧氮分离单元富集作为产品气体。当氧氮分离单元内分子筛接近吸附饱和时，压缩空气进入另一只已再生后的分子筛塔继续吸附产氧，吸附饱和的分子筛塔则通过向大气压排气泄压并引入部分产品氧气对分子筛床层清洗，使吸附饱和的分子筛解吸再生，以期为下次吸附做准备。由并联或者串联组成多个氧氮分离单元在PLC或DCS系统的控制下循环切换完成连续产氧，即所谓常压解吸变压吸附制氧。 5、PSA变压吸附空分制氧工艺: 常用的 PSA制氧工艺一般都包括以下几步 ,吸附、放空、冲洗、均压与充压。目前有采用两床 PSA、三床 PSA、四床 PSA 以及真空变压吸附 (VacuumSwing Adsorption ,简称 VSA)工艺。根据吸附床层再生条件不同又可以分为常压再生和真空再生 ,后者即通常所说的真空变压吸附(VSA) 。下面介绍吸附工艺的特点。 两床 PSA :最早使用两床 PSA 的是 1960 年Skarstrom[6 ]在他的一篇专利中提到的 ,称为 Skarstrom循环 ,主要用于干燥空气。两床 PSA 的流程图见图1 ,当第一个吸附器进行吸附时生产出氧气 ,第二个吸附器放压 ,使吸附器得到再生 ,然后用一部分产品气进行吹扫床层 ,再进行充压至吸附压力 ,这样完成一个循环。 优点是工艺流程简单 ,容易操作。缺点是不能 连续得到产品氧气 ,要获得稳定的氧气产品 气流 ,必须使用缓冲器。 PSA 制氧机的工艺流程比较简单, 空气经 由鼓风机1由塔底进入吸附塔2, 这时空气中 的氮、水份、二氧化碳、碳氢化合物等被塔内 的吸附剂(分子筛)吸附, 氧气则由塔顶的管道输入氧气缓冲罐11备用, 当塔2中的吸附质达到一定的饱合度时, 切换阀4、 6、 8自动关闭, 切换阀5、 7、 9自动开启, 吸附塔3开始工作, 吸附塔2则通过真空泵减压将吸附质脱附排出, 吸附剂恢复吸附能力。如此两塔(或多塔)进行周期切换, 即可连续不断的获得所需氧气。若需提高氧气使用压力或进行储备, 则需在氧气缓冲罐后加装氧压机12和储氧罐13。以上过程均通过程控系统指令自动运作, 稳定而又可靠。 6、分子筛制氧机的特性: 分子筛制氧是一种成熟的新技术，医用专业型制氧机的氧疗效果与医用钢瓶氧、中心供氧的氧疗效果完全一样，九十年代初早已通过欧美等发达国家的临床试验，(有兴趣的可以简单地做一个血氧饱和度对照试验。)它具有以下几个鲜明的特点: 1.使用简便、安全:只需按下电源开关，插上吸氧管就可以吸氧，无高压爆炸危险(最高 2压力小1kg/cm)，特别适合中老年人使用。 2.可以长时间连续不停地供氧。 3.是迄今为止，长期家庭氧疗最经济的一种供氧方式，综合成本最低。假如氧流量设定为2升/分钟，24小时连续不停地供氧2年，使用钢瓶供氧的费用约为2元/小时;使用分子筛制氧机供氧的费用约为0.5元/小时(购机费用+使用费)。 4.直接从空气中提取氧气，即制即用、新鲜自然。 7、选购分子筛制氧机的注意事项: 1.产品性能:分子筛制氧机不是普通的家电，而是医疗器械，评判其产品的标准首要一条是性能的优劣。氧浓度是否稳定可靠是评判产品性能最根本最主要的标准。不同档次的产品功能基本相同，但性能区别很大，价格悬殊较大。(性能不稳定、不可靠的产品，不管其售价有多低，都是最昂贵的，甚至是有害的。) 2.售后服务:分子筛制氧机是一种机器设备，售后服务非常重要。选购时不要轻信销售人员的承诺，建议考虑以下几点: a.考察制造商:主要考察制造商的综合实力、技术研发能力及品牌含金量，一般情况下，综合实力雄厚、技术研发能力强、产品质量上乘、人性化设计程度高的公司才能在激烈的市场竞争中越来越强大，只有制造商强大，其售后服务才能有最根本的保证; b.考察其产品设计:正规的产品在设计时就考虑了售后服务。 c.考察其具体服务:如是否有专门的服务中心、是否上门服务、服务措施是否周到到位、是否考虑到产品特性及使用者状况、是否提供主动的机器性能检测与保养等。 3.不仅要关注新机的性能，更要关注整个使用过程中机器的性能是否稳定可靠，这一点至关重要，但往往被很多人忽视: 一般情况下，不同品牌的产品新机出厂时都能达到或接近国家标准，但使用一段时间后，氧浓度是否稳定可靠，区别很大。因此选购时更要关注产品设计及服务措施等方面是如何保证整个使用过程中的性能稳定可靠，一般来说，技术实力雄厚的公司会充分运用各项领先技术，对机器性能全方位监控，以让顾客放心吸氧; 4.考察产品的人性化设计:一般来说，技术实力雄厚，对消费者真正负责任的公司会在尽量保证机器性能稳定的基础上，充分运用领先的设计理念及各种技术手段让使用者操作简便，并能直观了解机器运行状态，以放心、舒适吸氧。 8、使用分子筛制氧机注意事项: 由于分子筛制氧机是以空气为原料，空气温度、湿度及灰尘含量等对机器性能有一定的影响，建议放置在室内或阳台上使用，不要直接放在室外使用。直接放在室外使用，空气中灰尘多，温、湿度变化大，会影响到机器的性能及使用寿命; PSA空分制氧使用的吸附剂一般为分子筛 ,特别是5A沸石分子筛。由于N2、 O2 分子的偶极矩不同 ,N2 分子的偶极矩0.31C.m大于O2 的偶极矩0.1C.m ,吸附剂中的阳离子与N2 的作用力大于O2 ,使得 N2 的平衡吸附容量高于O2 ,在中、低压(如 016MPa)下分子筛优先吸附氮气 ,而达到分离氮、氧的目的。然后通过降压将吸附的氮气从吸附剂中解吸出来 ,达到吸附床层的再生。