مشاوره رایگان جهت تعمیرات اکسیژن ساز  04133362384

زئولیت دستگاه اکسیژن ساز چیست؟ بررسی کامل عملکرد، ساختار و کاربرد در تولید اکسیژن پزشکی

زئولیت دستگاه اکسیژن ساز یکی از مهم‌ترین اجزای داخلی سیستم‌های تولید اکسیژن پزشکی است. این ماده با جذب انتخابی نیتروژن از هوای محیط، امکان تولید اکسیژن با خلوص بالا را فراهم می‌کند. کیفیت و ساختار زئولیت مستقیماً بر عملکرد، راندمان و طول عمر دستگاه تأثیر دارد.

تاریخچه کشف زئولیت

زئولیت برای اولین بار توسط بارون فردریک کانستد سوئدی در سال 1756 میلادی کشف گردید او موقع آزمایش با یک کریستال معدنی متوجه شد که در اثر حرارت دادن از ساختمان این ترکیب بخارات آب خارج میشود به آن علت نام زئولیت که ترکیبی از دو کلمه Zeo (جوشان) و Lithos (سنگ) که از واژه های یونانی گرفته شده است انتخاب نموده است.

Zeo به معنی جوشیدن

Lithos به معنی سنگ

به همین دلیل زئولیت به معنای «سنگ جوشان» شناخته می‌شود.

بطور کلی سه عامل در کاربرد تجارتی و صنعتی زئولیت ها مهم می باشد که عبارتند از :

1) شیمی ساختمانی              2) فراوانی و قابلیت دسترسی                      3) ارزش اقتصادی 

زئولیت ها را بر مبنای واحد ساختمانی به سه نوع اولیه، ثانویه و پلی هدرال طبقه بندی می کنند. واحدهای ساختمانی اولیه با آرایشهای گوناگون دراشکال هندسی متفاوتی کنار هم قرار گرفته واحدهای ساختمانی ثانویه را تشکیل میدهند.
اگر چند واحد ثانویه کنار هم قرار گیرند اشکال فضایی متنوعی بنام پلی هدرال تشکیل میدهند که از ترکیب چند پلی هدرال بلورهای زئولیتی تشکیل می شوند. نحوه قرار گرفتن و شکل پلی هدرال سبب ایجاد کانال هایی در درون شبکه بلور زئولیت میشود که ساختمان کریستال زئولیت در قطر این کانال ها و ارتباط میان آنها موثر است.

ساختار زئولیت چگونه است؟

زئولیت یک آلومینوسیلیکات کریستالی متخلخل است که از عناصر زیر تشکیل شده:

• سیلیس (Si)
• آلومینیوم (Al)
• اکسیژن (O)
• کاتیون‌هایی مانند سدیم

این ساختار شبکه‌ای سه‌بعدی شبیه کندوی عسل دارد و شامل کانال‌ها و حفره‌های بسیار ریز است. همین تخلخل بالا باعث ایجاد سطح تماس چند صد متر مربع در هر گرم زئولیت می‌شود.

عوامل مؤثر در عملکرد زئولیت

• اندازه و شکل دریچه‌های کانال‌ها
• اندازه و شکل مولکول‌های گاز
• تعداد و محل کاتیون‌های قابل تبادل
• وجود رطوبت یا مولکول‌های دیگر مانند آب و آمونیاک
• سلامت ساختار کریستالی

زئولیت به عنوان جدا کننده گازها

بر اساس خواص جذب سطحی و غربال مولکولی زئولیت ها ، مولکولهای متفاوت ثابت های تعادلی متفاوتی برای جذب و ضرایب نفوذ متفاوتی در داخل حفره های زئولیتی دارند. زئولیت ها به دلیل داشتن ساختمان حفره های غربال مولکولی و جدا کردن گازها کاربردهای زیادی دارد .

عوامل موثر در نفوذ مولکول ها به اسکلت زئولیت عبارتند از:

- اندازه و شکل دریچه های ورودی کانال ها و حفرات زئولیت
- اندازه و شکل مولکول های مهمان
- تعداد ، محل و اندازه کاتیون های قابل تعویض
- وجود یا عدم وجود نقص در ساختار کریستالی که معمولاً در اثر جابجاشدگی توده ماده و بسته شدن یا باریک شدن بعضی از راههای نفوذ به شبکه اتفاق میافتد.
- حضور یا عدم حضور مولکول های مهمان دیگر که قویاً بوسیله شبکه نگهداری میشوند مانند آب، آمونیاک و نمکها که در فرایند جذب موثرند.

زئولیت ها دارای سطحی به وسعت چند صد متر مربع به ازای هر گرم برای جذب سطحی می باشند و برخی از زئولیت ها قادر به جذب، تا 30 درصد وزن خشک خودشان می باشند . علاوه بر توانایی زئولیت ها در جداسازی مولکول ها، توزیع نا متعادل بار در فضای خالی زئولیت آبگیری شده بدلیل حضور کاتیون ها و یا گروه های هیدروکسیلی و نیز به دلیل جانشینی Al به جای SI در شبکه باعث جذب سطحی بسیاری از عناصر یا ترکیبات بصورت انتخابی در اثر ایجاد گشتاور دو قطبی دائمی میگردد . بنابراین مولکول های قطبی مانند  H2S,CO2,SO2,H2O  به مراتب بهتر از مولکول های غیر قطبی جذب می گردند . از این خاصیت در خالص سازی گاز طبیعی استفاده می شود . از زئولیت ها همچنین می توان در تولید اکسیژن استفاده نمود . گاز نیتروژن با تشکیل گشتاور چهار قطبی ضعیف بصورت انتخابی از هوا توسط زئولیت جذب می شود و طی فرایند ساده ای می توان گاز نیتروژن با درصد خلوص بیشتر از 99 درصد تهیه نمود . گاز خروجی از ستونهای جاذب، غنی از اکسیژن خواهد بود.

انواع زئولیت دستگاه اکسیژن ساز

زئولیت‌ها در دو نوع مختلف طبیعی و مصنوعی می‌باشند. برای دستگاه‌های اکسیژن ساز، از زئولیت‌های مصنوعی استفاده می‌شود. زیرا مدل طبیعی آن نمی‌تواند گاز‌های دیگر را از اکسیژن جدا کند.

1- زئولیت طبیعی

مناسب برای کشاورزی، دامداری و تصفیه آب
قدرت جداسازی دقیق گازها را ندارد.

2- زئولیت مصنوعی (سنتزی)

دارای ساختار مهندسی‌شده و یکنواخت
مورد استفاده در تجهیزات پزشکی و دستگاه‌های اکسیژن‌ساز

در دستگاه‌های اکسیژن‌ساز خانگی و بیمارستانی فقط از نوع سنتزی استفاده می‌شود.

کاربرد زئولیت در دستگاه اکسیژن ساز خانگی

دو روش اصلی برای تولید اکسیژن وجود دارد:

1- روش تبرید (کرایوژنیک)
2- روش جذب با نوسان فشار PSA

در دستگاه‌های خانگی از فناوری:

Pressure Swing Adsorption

استفاده می‌شود.

نحوه عملکرد زئولیت در سیستم PSA

1. هوای محیط وارد دستگاه می‌شود.
2. هوا توسط کمپرسور فشرده می‌شود.
3. هوای فشرده وارد ستون‌های حاوی گرانول زئولیت می‌شود.
4. نیتروژن تحت فشار به زئولیت جذب می‌شود.
5. اکسیژن با خلوص حدود 90 تا 94 درصد خارج می‌شود.
6. با کاهش فشار، نیتروژن از زئولیت جدا و به محیط تخلیه می‌شود.

به دلیل اشباع سریع زئولیت، از دو ستون به‌صورت همزمان استفاده می‌شود:

• یک ستون در حال جذب
• ستون دیگر در حال احیا

این چرخه به‌صورت مداوم تکرار می‌شود و اکسیژن به‌طور پیوسته تولید می‌گردد.

یکی از رایج‌ترین کاربردهای پودر زئولیت در دستگاه اکسیژن ساز خانگی می‌باشد. برای تولید اکسیژن می‌توان از دو روش استفاده کرد. روش اول تبرید و روش دوم جذب با نوسانات فشار است. از روش جذب با نوسان فشار برای دستگاه‌های اکسیژن خانگی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

میزان تخلخل زئولیت در کارایی موثر آن نقش مهمی دارد. زئولیت به کار رفته در دستگاه اکسیژن ساز بایستی به اندازه کافی متخلخل باشد تا نیتروژن هوا را جذب کرده و اکسیژن را عبور دهد. زئولیت دستگاه اکسیژن ساز بیشترین سهم را در تولید و غلظت اکسیژن از هوای موجود دارد. عدم تخلل و کارایی زئولیت به منزله عدم خلوص اکسیژن ارسالی به بیمار است.

به دلیل اشباع سریع زئولیت با نیتروژن، از دو ستون زئولیت به صورت هم زمان در  دستگاه اکسیژن ساز خانگی استفاده می شود. به هنگام کارکرد دستگاه ، یکی از ستون های زئولیت گاز اکسیژن را با غلظت مناسب برای تنفس بیمار فراهم کرده و ستون دیگر زئولیت درحال احیا و بازسازی قرار می گیرد (نیتروژن را به محیط تخلیه می کند). به این ترتیب زئولیت دستگاه اکسیژن ساز توانایی تغلیط اکسیژن به صورت پیوسته را خواهد داشت.

روش جذبی بر اساس نوسانات فشار یکی از رایج ترین شیوه های تولید اکسیژن در دستگاه های اکسیژن ساز خانگی است که توسط زئولیت دستگاه اکسیژن ساز صورت می گیرد. پروسه تغلیط اکسیژن با زئولیت کاملا سازگار با محیط زیست است و جایگزین مناسبی برای کپسول های اکسیژن می باشد.

اهمیت تخلخل زئولیت در کارایی دستگاه

میزان تخلخل و کیفیت دانه‌های زئولیت تعیین‌کننده موارد زیر است:

• خلوص اکسیژن خروجی
• پایداری عملکرد دستگاه
• فشار کاری کمپرسور
• طول عمر دستگاه

کاهش کیفیت زئولیت می‌تواند باعث افت خلوص اکسیژن و اختلال در عملکرد دستگاه شود.

تعویض زئولیت دستگاه اکسیژن ساز

طول عمر متوسط زئولیت در دستگاه‌های خانگی:

۱۵,۰۰۰ تا ۲۵,۰۰۰ ساعت کاری

نشانه‌های نیاز به تعویض:

• کاهش خلوص اکسیژن
• افزایش صدای کمپرسور
• کارکرد طولانی‌مدت بدون سرویس
• ورود رطوبت بیش از حد

در ادامه بخوانید:آموزش تعویض زئولیت و تعمیر مخزن زئولیت دستگاه اکسیژن ساز

زئولیت صنعتی چه کاربردهایی دارد؟

• خوراک دام
• اصلاح خاک کشاورزی
• گلخانه‌ها
• سیستم‌های هیدروپونیک
• حذف آمونیاک در استخرهای پرورش آبزیان
• خالص‌سازی گاز طبیعی

از زئولیت صنعتی، علاوه بر آن که در اکسیژن سازها استفاده می‌شود، برای خوراک دام ها، جنگل داری، پرورش گل‌ها و گیاهان، گلخانه ها، ساختن محوطه، سیستم‌های هیدروپونیک و تصفیه کردن آمونیاک در استخرهایی که آبزیان را پرورش می‌دهند، استفاده می‌شود.

 اصول عملکرد دستگاه اکسیژن ساز 

 دستگاه اکسیژن ساز با خارج نمودن نیتروژن از هوای محیط، ترکیب گازی غنی از اکسیژن را تولید می نماید(تا خلوص 94 درصد ). هوای محیط در شرایط طبیعی شامل 78% نیتروژن، 21% اکسیژن و 1% ترکیبی از سایر گازها (آرگون و ...) می باشد. امروزه در اغلب دستگاه های اکسیژن ساز از روش PSA جهت تولید گاز غنی از اکسیژن بهره گرفته میشود. در این روش، با عبور هوای فشرده از گرانول های پودر زئولیت مصنوعی، گاز نیتروژن در ستون های زئولیت به دام می افتند و گاز غنی از اکسیژن تولید می گردد دانه های زئولیت از عناصری نظیر آلومینیوم، سیلیکون، اکسیژن و سدیم تشکیل شده است.
این غربالگر مولکولی سرامیکی دارای ساختار کریستالی سه بعدی به هم پیوسته مشابه ساختار کندوی عسل میباشد. این سرامیک کاملا صلب و غیر قابل اشتعال بوده و دارای حفرات سطحی مرتبط به هم و تخلخل بسیار بالاست. این ساختار متخلخل، سطح بسیار زیاد تماس با گاز در حدود چند صد مترمربع در هر گرم زئولیت ایجاد می کند. به دلیل بار منفی زئولیت، مولکول های قطبی نظیر آب به شدت جذب زئولیت شده و داخل حفرات وارد می شوند. در صورتی که قطر مولکول های گاز برابر قطر حفرات تخلخل سطحی زئولیت باشند این مولکول ها تحت فشار بالا و قطبیت زئولیت وارد حفرات شده و مولکول هایی که بزرگتر از اندازه حفرات تخلخل های سطحی هستند به آسانی از مجاور آن عبور کرده و بدین ترتیب عمل غربالگری صورت می پذیرد. 
مکانیزم اتصال مولکول های گاز، آب و هیدروکربن ها به زئولیت از نوع پیوند شیمیایی و بدون تغییرات در ساختار فیزیکی زئولیت می باشد. مولکول های نیتروژن به طور شیمیایی به زئولیت می چسبد ولی خواص فیزیکی و ساختار صلب و Rigid زئولیت را تغییر نمی دهد که این مکانیزم را جذب سطحی (Absorption) می نامند. 
قابلیت جذب مولکول ها به زئولیت به ترتیب از بیشترین به کمترین شامل آب، دی اکسید کربن، هیدروکربن ها، نیتروژن، اکسیژن و آرگون می باشد. در اکسیژن ساز مولکول های نیتروژن که دارای قطر بزرگتری از اکسیژن هستند، در اثر فشار بالا به زئولیت جذب شده و اکسیژن و گازهای خنثی از مجاور دانه های زئولیت عبور می کند. در این سیکل دانه های زئولیت از نیتروژن اشباع شده و پس از کاهش فشار به فشار اتمسفر، نیتروژن از حفرات خارج و به محیط تخلیه می شود.
 اگر 78 %نیتروژن از هوا جدا شود، گاز خروجی دارای درصدی معادل 22% از هوا است. به منظور افزایش خلوص گاز اکسیژن در خروجی از غربالگرهای مولکولی از جنس کربن فعال استفاده می گردد. اکسیژن به دانه ها جذب و سایر گازها از مخزن خارج می شود و بدین ترتیب اکسیژن با خلوص 99% تولید می گردد.

جمع‌بندی

زئولیت دستگاه اکسیژن ساز قلب سیستم تولید اکسیژن پزشکی است. این ماده با ساختار متخلخل و خاصیت جذب انتخابی، نیتروژن را از هوا جدا کرده و اکسیژن با خلوص بالا تولید می‌کند. کیفیت زئولیت نقش مستقیم در راندمان، خلوص اکسیژن و طول عمر دستگاه دارد.

استفاده از زئولیت باکیفیت در تجهیزات پزشکی، تضمین‌کننده عملکرد ایمن و پایدار دستگاه خواهد بود.

سوالات متداول در مورد زئولیت دستگاه اکسیژن ساز

زئولیت دستگاه اکسیژن ساز چیست؟

1- زئولیت دستگاه اکسیژن ساز یک ماده معدنی مصنوعی متخلخل است که با جذب انتخابی نیتروژن از هوای محیط، اکسیژن با خلوص بالا تولید می‌کند.

2- عملکرد زئولیت در دستگاه اکسیژن ساز چگونه است؟

هوای فشرده وارد ستون‌های حاوی زئولیت می‌شود، نیتروژن جذب و اکسیژن عبور می‌کند. با کاهش فشار، نیتروژن آزاد شده و ستون آماده چرخه بعدی می‌شود.

3- تفاوت زئولیت طبیعی و مصنوعی چیست؟

زئولیت مصنوعی دارای ساختار یکنواخت و قابلیت جذب دقیق‌تر است و برای دستگاه‌های پزشکی کاربرد دارد، در حالی که نوع طبیعی برای صنایع کشاورزی و تصفیه آب مناسب است.

4- چه زمانی زئولیت دستگاه اکسیژن ساز باید تعویض شود؟

• کاهش خلوص اکسیژن
• کارکرد بیش از ۱۰,۰۰۰
• ورود رطوبت بیش از حد
• کاهش عملکرد ستون‌ها

5- آیا زئولیت قابل شستشو است؟

خیر، احیای زئولیت از طریق کاهش فشار انجام می‌شود و شستشو باعث آسیب به ساختار کریستالی آن می‌گردد.

6- چه عواملی بر عملکرد زئولیت تأثیر می‌گذارند؟

• تخلخل و کیفیت دانه‌ها
• رطوبت هوا
• اندازه و شکل کانال‌ها
• وجود مولکول‌های دیگر مانند آب و آمونیاک

7- زئولیت چه نقشی در تولید اکسیژن خانگی دارد؟

زئولیت ستون‌های جذب را تشکیل می‌دهد و باعث جدا شدن نیتروژن از هوا می‌شود، در نتیجه اکسیژن غنی با خلوص بالا برای تنفس بیمار تولید می‌شود.

8- آیا استفاده از زئولیت در دستگاه اکسیژن ساز ایمن است؟

بله، زئولیت در داخل ستون دستگاه قرار دارد و تماس مستقیمی با بیمار ندارد. نوع سنتزی آن استانداردهای پزشکی را رعایت می‌کند.

9- زئولیت صنعتی چه کاربردهایی دارد؟

علاوه بر اکسیژن ساز، در تصفیه آب، خوراک دام، گلخانه‌ها، هیدروپونیک، و خالص‌سازی گازهای صنعتی استفاده می‌شود.

10- فناوری PSA چیست و چه ارتباطی با زئولیت دارد؟

PSA یا Pressure Swing Adsorption روشی است که با فشار متغیر، نیتروژن را جذب و آزاد می‌کند و زئولیت قلب این سیستم است.

همچنین بخوانید : اصول عملکرد دستگاه اکسیژن ساز خانگی

مشاوره رایگان جهت تعمیرات اکسیژن ساز  04133362384

تعویض زئولیت دستگاه اکسیژن ساز در تبریز

تعمیر تخصصی دستگاه اکسیژن ساز در تبریز

پیشگامان تبریز تخصصی ترین مرکز آموزش و تعمیر تجهیزات پزشکی و دندانپزشکی در تبریز و شمالغرب،تعمیر دستگاه اکسیژن ساز در تبریز،آموزش رایگان تعمیر تجهیزات پزشکی،نمایندگی دستگاه اکسیژن ساز در تبریز،علت بوق زدن دستگاه اکسیژن ساز،معایب دستگاه اکسیژن ساز،سرویس دستگاه اکسیژن ساز تبریز،تعمیر دستگاه اکسیژن ساز خانگی در ارومیه،تعمیر دستگاه اکسیژن ساز خانگی در اردبیل،تعمیر دستگاه اکسیژن ساز خانگی در زنجان،تعمیر دستگاه اکسیژن ساز خانگی در مهاباد،تعمیر دستگاه اکسیژن ساز خانگی در میاندوآب،تعمیر دستگاه اکسیژن ساز خانگی در اوشنویه،تعمیر دستگاه اکسیژن ساز خانگی در مرند،آموزش رایگان تعمیر اکسیژن ساز،آموزش تعمیر اکسیژن ساز،آموزش تعمیرات اکسیژن ساز،آموزش تعمیر دستگاه اکسیژن ساز،آموزش تعمیرات دستگاه اکسیژن ساز،آموزش رایگان تعمیر تجهیزات پزشکی،تعمیر اکسیژن ساز تبریز،تعمیر اکسیژن ساز در تبریز