氧氣濃縮/過濾/分離方法

參考來源：http://icst.jp/products/ch-oxygen-exp.html

氧氣濃縮方法

氧氣濃縮器是從空氣中抽取出高濃度氧氣之裝置.大氣中的氧氣濃度通常大約為21%.去除空氣中氧氣以外的成分,形成高濃度氧氣的空氣,這是一般的氧氣濃縮器的原理.

現在所使用的氧氣濃縮器大致分為3種類型.

• PSA方式
• 氧氣富化膜方式
• 中空纖維膜方式

PSA方式(Pressure Swing Adsorption)

PSA方式也稱為吸著式,是使用稱為Zeolites之陶瓷顆粒之方式.Zeolites也被稱為沸石,是天然礦物質.廣泛地被使用於觸媒或脫臭等方面.PSA方式是利用Zeolites吸附氮氣之特性而形成高濃度氧氣之方式.

Zeolites具有在加壓狀態下更易吸附氮氣之特點.下面就PSA方式的製程進行說明.在內側嵌滿Zeolites的汽缸內,注入高壓空氣.於是空氣中之氮氣吸附於Zeolites上.在此狀態下從內部排出的氣體就是氮氣濃度下降,氧氣濃度提高的空氣了.含有高濃度氧氣之氣體被排出後,汽缸內之氣壓降低,附著於Zeolites之氮氣便脫離.此氣體將另外被排出.順便說一下,在取出氮氣時,減壓後殘留氣體也將被排出.通常備有兩個汽缸,反復交替加壓·減壓過程.通常使用2台汽缸,雖然在原理上增加汽缸個數,可能會更好提高提取高濃度氧氣之效率.但是增加汽缸台數在控制汽缸間之加壓·減壓時間時,會變得很困難.所以現在還是以2台汽缸為主流.

PSA方式是古老的氧氣分離方式.被氮氣製造等行業廣泛利用.由於反復加壓·減壓時聲音大,並且“咻,咻”的聲音很刺耳.還有一缺點就是由於Zeolites有一種特殊的氣味,所以被排出的氣體中也稍帶氣味.

氧氣富化膜方式

這是使用氧氣富化膜這一特殊膜來分離氧氣與氮氣之方式.氧氣富化膜也叫氣體分離膜,除氧氣外還能分離乙烯和水,用途廣泛.氧氣富化膜不是在膜上開了小孔讓分子通過,而是擁有讓氣體分子溶化進膜的這一性質之膜.在膜之出口一減壓,氣體之分子(氧氣分子,氮氣分子)被拉向膜側,溶進膜內(溶解),在膜內擴散,在膜之減壓側脫離.這時,氧氣比氮氣穿過膜之速度快,在減壓側取出的空氣中氧氣濃度變高.

另外,由於膜上未開孔,細菌與病毒不能通過,因而能夠得到清潔的高濃度氧氣,這是富化膜方式之特點.但是,氧氣富化膜不是在高壓下擠壓膜,而是在出口側降壓吸引出空氣之方法,所以需要比較昂貴之真空泵.

中空纖維膜方式

中空纖維是麥管狀(中空)之纖維,除用與淨水器之過濾器上外,由於纖維之中空部分可以保持溫暖之空氣,還可使用中空纖維作為保溫性能服裝之材料.

氧氣濃縮器之中空纖維膜是使用氧氣易通過之素材.氧氣濃縮器一般使用汽缸狀之膜組(module).膜組(module)里中空纖維膜被捆在一起,汽缸的一端充滿壓縮空氣,氧氣·二氧化碳等分子徑小之分子被排到膜之外面,分子徑大之氮氣將原樣地穿過中空纖維,在中空纖維之對側被排出.將膜組(module) 之側面排到膜外之氣體收集起來,就得到了氧氣濃度較高之空氣.


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