در برخی کاربردها نیاز به تولید اکسیژن در مقادیر بالا وجود دارد . معمول ترین این کاربردها در پزشکی و تولید کاغذ می ­باشد .
دو روش برای تولید گاز اکسیژن وجود دارد . روش برودتی و روش جذب سطحی همراه با نوسانات فشار (PSA) . روش جذب سطحی همراه با نوسانات فشار که روش تولید گاز اکسیژن بحث شده در این مقاله است در دستگاه اکسیژن ساز خانگی مورد استفاده قرار می گیرد . هوا در روش PSA از میان مینرال های آلومینوسیلیکات به نام زئولیت عبور کرده و فیلتر می­گردد. زئولیتی که برای دستگاه اکسیژن ساز استفاده می شود متخلل و دارای سطح زیادی می ­باشد که نیتروژن بر روی سطح آن جذب شده و اکسیژن (و همین طور آرگون) عبور می کند.
زئولیت معمولا به سرعت با نیتروژن اشباع می شود به همین خاطر برای تولید پیوسته گاز اکسیژن از دو ستون زئولیت به طور همزمان استفاده می­شود و در یک زمان یکی از ستون ها در حال تغلیظ گاز اکسیژن و دیگری در حال احیا می باشد . این فرایند نه تنها بسیار با محیط سازگار می­ باشد بلکه می ­تواند گازهای دیگر ( مثل CO۲ ) را نیز از جریان گازهای صنعتی حذف کند .
روش جذب بر اساس نوسانات فشار یکی از محبوب ترین روش ­های قابل استفاده برای تولید صنعتی گاز اکسیژن در مقادیر کم و متوسط می­ باشد . دستگاه اکسیژن ساز خانگی با تکنولوژی PSA )به اندازه یک چمدان) جایگزین کپسول های اکسیژن پر فشار استفاده شده در خانه ها و برخی موقعیت های صنعتی شده اند .
روش جذب سطحی بر اساس نوسانات فشار (PSA) : دستگاه اکسیژن ساز آنچنان که گفته شد برای اینکه قادر به تولید پیوسته گاز اکسیژن باشد دارای دو ستون زئولیت است . ابتدا هوا با فشار وارد یک ستون پر از گرانول های زئولیت می ­شود و گرانول­ ها ترجیحا گاز نیتروژن را جذب کرده و به گاز اکسیژن اجازه عبور می­دهند تا به سمت خروجی دستگاه برود . در آخر زئولیت­ها با گاز نیتروژن اشباع شده و باید احیا شوند .
ویژگی خاص این زئولیت­ها در جذب سطحی نیتروژن به این ترتیب است که در فشارهای بالای ۱۵۰ KPa قادرند بیشترین گاز نیتروژن را جذب کنند . به این خاطر هوا با فشار زیاد وارد ستون­ها می­ شود و در فشار اتمسفر گاز نیتروژن دفع می­ شود که در هنگام احیا زئولیت­ های یک ستون دستگاه اکسیژن ساز ، فشار به میزان فشار اتمسفر کاهش می ­یابد و گاز نیتروژن از سطح زئولیت خارج و از مسیری مشخص از دستگاه دفع می­ شود . بلافاصله بعد از اینکه ستون اول از گاز نیتروژن اشباع شد و زمان احیا زئولیت ها فرا رسید ، ورودی هوای دستگاه اکسیژن ساز به ستون دوم تغییر مسیر می­ دهد و در ستون دوم کار تغلیظ اکسیژن را انجام می­دهد تا اینکه این ستون هم از نیتروژن اشباع گردد . در این هنگام هوا دوباره به ستون اول که کاملا احیا شده و آماده تغلیظ است وارد شده و این چرخه ادامه می یابد . پیشنهاد می کنیم مطلب راهنمای خرید اکسیژن ساز خانگی را هم مطالعه نماید.
زئولیت در تغلیظ اکسیژن به دو دلیل بسیار موثر است
جذب فیزیکی وقتی نیتروژن در معرض کاتیون های کریستال زئولیت قرار می گیرد، یک دو قطبی القایی تشکیل می ­شود و نیتروژن در کریستال زئولیت جذب می­ گردد. نیتروژن نسبت به اکسیژن بیشتر قابلیت پلاریزاسیون دارد و زئولیت به صورت انتخابی نیتروژن را جذب کرده و اکسیژن را بدون هیچ محدودیتی عبور می ­دهد . سطح درونی زئولیت به خاطر متخلخل بودن آن بسیار بزرگ است و به همین دلیل می­تواند مقدار زیادی گاز نیتروژن را جذب کند .
ممانعت فضایی ساختار قفس مانند زئولیت به گونه ای طراحی شده که تنها به اکسیژن اجازه عبور می ­دهد و از عبور مولکول های بزرگتر نیتروژن ممانعت می­ کند .
تخلخل ها و حفرات زئولیت به اندازه کافی بزرگ هستند که اجازه ورود مولکول های اکسیژن را بدهند و از طرفی به اندازه کافی کوچک هستند تا از عبور مولکول های نیتروژن جلوگیری نمایند .بهتر است مطلب عملکرد دستگاه اکسیژن ساز به چه صورت است؟ را هم بخوانید.
آرگون نیز تقریبا ۵ درصد گاز تولید شده توسط یک دستگاه اکسیژن ساز PSA را تشکیل می دهد. یکنواختی تخلخل ها مهم ترین مزیت این زئولیت های سنتزی به حساب می­آید .