اختبار تكنولوجيا إنتاج الأكسجين لامتصاص الضغط المتأرجح على نطاق صغير

 تكنولوجيا إنتاج الأكسجين بامتصاص الضغط المتأرجح على نطاق صغير
 

تستخدم تكنولوجيا إنتاج الأكسجين بامتصاص الضغط المتأرجح الصغير (PSA) الهواء كمادة خام لإنتاج الأكسجين من خلال الامتزاز الفيزيائي، مع كون الكهرباء مصدر الطاقة الوحيد لها. في غضون دقائق من تشغيله، يمكن للمعدات إنتاج الأكسجين الطبي بشكل مستمر بمحتوى أكسجين أكبر من 90%، مما يلبي معايير الرعاية الطبية. توفر هذه التقنية مزايا مثل التشغيل البسيط والموثوقية وإمداد الأكسجين على المدى الطويل والفعالية من حيث التكلفة.

تُستخدم مكثفات الأكسجين الصغيرة PSA على نطاق واسع في المستشفيات والمنازل والفنادق وحانات الأكسجين والأماكن العامة الأخرى، مع متطلبات صارمة للحجم والوزن والضوضاء واستهلاك الطاقة. ولتلبية هذه المتطلبات، يجب أن تكون المكثفات مدمجة، وخفيفة الوزن، ومحمولة، وهادئة، وموفرة للطاقة. لزيادة تعزيز أداء مولد الأكسجين PSA الصغير، تستكشف هذه الدراسة العوامل التي تؤثر على إنتاج الأكسجين، بما في ذلك اختيار المنخل الجزيئي، وتبديل الوقت، وتحسين خطوات معادلة الضغط، وسعة خزان الأكسجين. الهدف هو تحسين كفاءة إنتاج الأكسجين، وتقليل استهلاك الطاقة، وإطالة عمر خدمة المعدات من خلال هذه التحسينات.

 

 

 

تدفق العملية

يعتمد إنتاج الأكسجين بامتصاص تأرجح الضغط (PSA) على قدرات الامتزاز المختلفة للمناخل الجزيئية للزيوليت للأكسجين والنيتروجين تحت ضغوط مختلفة. عند الضغط العالي، يتم امتصاص النيتروجين، مما يزيد الأكسجين، بينما عند الضغط المنخفض، يتم امتصاص النيتروجين، مما ينتج عنه غاز غني بالأكسجين. يتم تبديل أسرة الامتزاز المتعددة بالتسلسل لإنتاج الأكسجين المستمر. تشمل عمليات PSA الشائعة الامتزاز عالي الضغط مع الامتزاز الجوي (PSA)، والامتزاز المضغوط مع الامتزاز الفراغي (VPSA)، والامتزاز الجوي مع الامتزاز الفراغي (VSA).

تُستخدم عملية PSA على نطاق واسع في إنتاج الأكسجين على نطاق صغير نظرًا لبساطتها وانخفاض الاستثمار فيها، لكن استهلاكها العالي للطاقة دفع الاهتمام بعملية VPSA الأكثر كفاءة في استخدام الطاقة. في السنوات الأخيرة، اكتسبت تقنية VPSA قوة جذب في التطبيقات صغيرة النطاق، مع إطلاق المنتجات بالفعل في الخارج.

لتحسين استخلاص الغاز، ونقاء الأكسجين، وتقليل استهلاك الطاقة، تم إدخال خطوة معادلة الضغط (PE). تربط هذه الخطوة بين برجين للامتزاز، مما يسمح للغاز من برج الضغط العالي بالتدفق إلى برج الضغط المنخفض، مما يؤدي إلى موازنة ضغطهما. يؤدي هذا الانتعاش للطاقة الميكانيكية وتحسين توزيع تركيز الغاز إلى تعزيز كفاءة الطاقة ومعدلات الاسترداد.

تشير الدراسات إلى أن عملية PSA مع PE تقلل بشكل كبير من ضغوط التحويل، وفقدان طاقة الضاغط، وفقدان طاقة السرير مع تحسين كفاءة الطاقة واسترداد الغاز. في حين تم تطبيق PE على نطاق واسع في الأنظمة واسعة النطاق، إلا أن استخدامه في الأجهزة صغيرة الحجم أقل شيوعًا بسبب القيود التقنية وقيود التكلفة. في إنتاج الأكسجين PSA على نطاق صغير، يمكن تنفيذ PE عند مدخل أو مخرج أو طرفي برج الامتزاز، مما يحسن الأداء والكفاءة وتوفير الطاقة.

 

 

عملية الاختبار

1-فلتر؛ 2-الضاغط؛ 3-مبرد; 4-مقياس الضغط؛ 5-صمام ذو ملف لولبي خماسي الاتجاه؛ 6-كاتم الصوت؛ 7-برج الامتزاز; 8-صمام الملف اللولبي المعادل للضغط؛ 9-صمام الخانق؛ 10-صمام ثلاثي؛ 11-صمام عدم الرجوع; 12-خزان الغاز; 13-صمام تحديد الضغط؛
14-مقياس التدفق؛ 15-لوحة التحكم

يستخدم الجهاز التجريبي لوحة تحكم لإدارة الصمام اللولبي ذو الوضعين الخماسي الاتجاه وصمام الملف اللولبي المعادل للضغط، مما يتيح ثلاث تكوينات للعملية: عدم معادلة الضغط، ومعادلة الضغط عند مدخل الهواء، ومعادلة الضغط عند طرفي الامتزاز برج. يقوم النظام بضبط وقت معادلة الضغط ووقت اتصال مدخل الهواء للتبديل بين هذه العمليات.

تتم تنقية الهواء وضغطه وتبريده قبل دخوله إلى برج الامتزاز باستخدام المنخل الجزيئي للزيوليت للفصل. يتدفق الأكسجين المنفصل إلى خزان الغاز، بينما يتم تنفيس النيتروجين المتبقي. يتم التحكم في تدفق الأكسجين بواسطة مقياس التدفق، ويتم ضبط وقت التبديل عبر لوحة التحكم. يتم قياس محتوى الأكسجين باستخدام طريقة محلول الأمونيا النحاسية ومقياس الأكسجين الذكي YHL.

تركز هذه التجربة على تأثير عوامل مثل نوع المنخل الجزيئي، وزمن التبديل، وخطوات معادلة الضغط، ونسبة برج الامتزاز، وحجم خزان التخزين على إنتاج الأكسجين. بعض المعلمات ليست لها أبعاد لإجراء تحليل أوضح لتأثيراتها على الأداء.

خاتمة
 

الأنواع المختلفة من المناخل الجزيئية لها تأثيرات كبيرة على كفاءة إنتاج الأكسجين، حيث يكون المناخل الجزيئي LiX هو الأفضل. يمكن أن يؤدي استخدام LiX إلى تقليل حجم برج الامتصاص بشكل كبير، وخفض نسبة الأكسجين إلى الهواء، وتحسين الأداء العام للآلة.

يعد وقت التبديل معلمة أساسية في إنتاج الأكسجين بامتصاص الضغط المتأرجح (PSA). يجب تحديد وقت التبديل الأمثل لنظام معين من خلال التجربة.

يمكن أن يؤدي إدخال خطوة معادلة الضغط (PE) إلى زيادة محتوى الأكسجين ومعدل الاسترداد بشكل فعال، مما يؤدي إلى توفير الطاقة. تؤدي إضافة خطوة PE واحدة إلى تحسين تركيز الأكسجين ومعدل الاسترداد بشكل ملحوظ. لذلك، بالنسبة لأنظمة إنتاج الأكسجين PSA صغيرة الحجم، يتم استخدام عملية PE بسيطة من خطوة واحدة بشكل شائع.

تساعد زيادة نسبة الارتفاع إلى القطر لبرج الامتزاز على تحسين أداء إنتاج الأكسجين في أنظمة PSA صغيرة الحجم. ومع ذلك، يمكن للنسب العالية بشكل مفرط أن تقلل من استخدام المناخل الجزيئية وتسبب تأثيرات كبيرة على الجدار، مما يؤثر سلبًا على كفاءة إنتاج الأكسجين.

تساعد زيادة سعة خزان الغاز على تحسين محتوى الأكسجين وتقليل التقلبات في إمدادات الأكسجين.