Получение кислорода мембранным способом

Производство медицинского кислорода

Промышленная отрасль производства медицинского кислорода значительно выросла за последние два года. К примеру, в 2019 году в России было произведено 7,5 млн кубометров газообразного медицинского кислорода, а по итогам первого полугодия 2020 года этот объем вырос на 14 %. У производства медицинского кислорода в жидком состоянии тоже наблюдается стабильный рост — 29 % за тот же период.

В России производство медицинского кислорода ведется по специальной лицензии. От получения технического кислорода процесс отличается более тщательной очисткой и фильтрацией, поскольку в конечном продукте не должно быть посторонних включений, а содержание оксида углерода, кислот и озона строго регламентируется. Поэтому производство медицинского кислорода в целом представляет собой более сложный и технологичный процесс. О том, как это происходит, расскажем далее.

Для чего используется медицинский кислород

В медицинские учреждения кислород поставляют для тяжелых больных, испытывающих проблемы с дыхательной системой. В стационарах газ применяется для пациентов с заболеваниями сердечно-сосудистой системы, проблемами с кровообращением, находящихся в реанимации или отделении интенсивной терапии. В хирургии он необходим для наркоза.

Кроме того, медицинский кислород становится все более востребован людьми, заботящимися о своем здоровье. Несмотря на то, что применение дыхательной смеси не включено в официальные протоколы лечения разных заболеваний, большинство врачей сходятся во мнении, что обогащенные кислородом смеси будут полезны во множестве ситуаций. Среди симптомов, с которыми поможет справиться оксигенотерапия:

• бессонница
• нервное напряжение;
• усталость, сонливость, снижение концентрации внимания;
• одышка;
• тахикардия;
• похмелье;
• токсикоз;
• болевые синдромы.

Также врачи советуют при помощи медицинского кислорода укреплять иммунитет и бороться с негативными последствиями хронической гипоксии, с которой сталкиваются практически все жители больших городов. Кислородотерапия будет полезна в периоды интенсивных умственных активностей, для улучшения результатов во время активных физических нагрузок и эффективного восстановления после них.

Как производят медицинский кислород

Технологий производства медицинского кислорода существует множество. Чаще всего используются ВРУ — воздухоразделительные установки. Подобное оборудование для производства медицинского кислорода позволяет получать газ прямо из воздуха. Это очень удобно, поскольку отсутствует необходимость в сырьевой базе и добыть чистый кислород можно в любом месте.

Принципов разделения воздуха на составляющие несколько. Например, используется физическая адсорбция, мембранное или криогенное разделение, при котором воздух сильно охлаждается и затем компоненты разделяют по массе.

Как производят медицинский кислород методом низкотемпературной ректификации из воздуха? Для этого используется аппарат, представляющий собой цилиндрическую колонну с перегородками. Суть процесса ректификации в том, что воздух в парообразном состоянии пропускается через жидкость с меньшим содержанием кислорода и большим — азота. Эта жидкость имеет температуру ниже, чем у пара, в итоге кислород конденсируется, а азот испаряется.

Оборудование для производства медицинского кислорода

Так же, как способы производства кислорода для медицинских нужд, различаются и варианты оборудования. Это могут быть как большие установки, производящие сотни литров газа в час, так и компактные приборы — концентраторы.

Концентраторы состоят из двух емкостей с цеолитом. Они работают поочередно: через один сосуд пропускается воздух, чтобы отфильтровать кислород, а второй в это время очищается от азота и других компонентов.

Компактное оборудование для производства медицинского кислорода достаточно эффективно и позволяет получить кислород с очисткой до 95 %. Недостатков у таких устройств тоже хватает. Два основных — это высокая стоимость и несбалансированный состав дыхательной смеси, которая сильно иссушает дыхательные пути.

Чтобы компенсировать сухость медицинского кислорода, на концентраторы дополнительно устанавливают увлажнитель. Это увеличивает размеры оборудования и повышает его стоимость. Все эти факторы делают рациональным применение концентраторов в тех случаях, когда нужно обеспечить мобильную подачу кислорода — например, в машинах скорой помощи. Кроме того, такие установки используют в стационарах или для поддержания тяжелых больных.

В остальных случаях удобнее пользоваться медицинским кислородом, расфасованным в баллончики. Установка для производства медицинского кислорода методом ректификации называется ректификационной колонной. После выделения чистого О2 его помещают в баллоны. Генерация кислорода в промышленных масштабах позволяет снизить себестоимость литра газа и сделать его более доступным для конечного потребителя.

Кроме того, в промышленной установке производства медицинского кислорода проще контролировать состав смеси, поэтому можно сразу сделать ее неиссушающей, комфортной для использования. Это избавляет от необходимости отдельно применять модули увлажнения.

Преимущества кислородных баллончиков Prana

Кислородные баллончики Prana содержат оптимальную по составу дыхательную смесь. Она состоит на 80 % из кислорода и на 20 % из азота. Такая композиция дает важное преимущество — она не сушит дыхательные пути. Причем никакого негативного воздействия нет как при однократном применении, так и при постоянном использовании кислородных баллончиков.

Важным этапом является фильтрация. Многоступенчатая система очистки гарантирует, что дыхательная смесь не будет содержать посторонние примеси и включения. Медицинский кислород не имеет запаха и никак не ощущается при вдыхании, что позволяет использовать его даже аллергикам и людям с повышенной чувствительностью к разным добавкам.

Кислород Prana производится на современном и технологичном оборудовании, что гарантирует стабильное качество продукции. Производство сертифицировано и имеет все необходимые лицензии для поставок именно медицинского кислорода.

Дыхательная смесь поставляется в удобной фасовке — компактных баллончиках с кислородом разного объема. Самые маленькие баллоны рассчитаны на 8 литров, они подойдут для использования в машине, спортзале, на работе. Большие емкости на 12 и 16 литров позволяют получить медицинский кислород по минимальной цене, они удобны для постоянного использования дома.

Баллончики Prana выпускаются с маской или без нее — для большей эффективности или максимальной компактности.

Используя концентрированный медицинский кислород Prana в баллончиках, можно всего за 4-5 вдохов восполнить его недостаток и быстро устранить последствия гипоксии.

Источник

Кислород — основные способы получения Новости

Интенсификация современных металлургических, химических и других технологий предполагает более широкое применение такого ускорителя процессов, как кислород.

В металлургии и химии для ускорения химических реакций в процессах рафинирования в чёрной и цветной металлургии, при выплавке чугуна в доменных печах, при производстве серной и азотной кислот, в машиностроении для получения высоких температур при сгорании водорода и ацетилена в горелках для сварки и резки металлов, в ракетно-космической технике, в стекольной промышленности, в медицине, сегодня, успешно применяется кислород, как интенсивный ускоритель процессов окисления.

Поэтому, задача получения технического кислорода в больших количествах и нужного качества сегодня становится особо актуальной.

В настоящее время для промышленного получения технического кислорода, в основном, используются следующие технологии и установки:

• криогенная;
• мембранная;
• электрохимическая;
• адсорбционная.

Криогенные установки для получения кислорода

Процесс получения кислорода в этих установках основан на разделении атмосферного воздуха способом ректификации при низких температурах. Различные компоненты атмосферного воздуха кипят при разных температурах и составные части воздуха, находящиеся в равновесии жидких и паровых смесей, отличаются друг от друга физико-химическими свойствами.

Атмосферный воздух подаётся в ректификационную колонну, где охлаждается до криогенных температур, при этом воздух разделяется на жидкую и паровую фазу, состоящие из компонентов воздуха и находящихся в контакте, вследствие чего, между ними происходит массо- и теплообмен. В процессе подъёма по колонне вверх, паровая фаза насыщается низкокипящим компонентом, азотом, а жидкая, высококипящим –кислородом. Жидкий кислород собирается в нижней части колонны, откуда и откачивается как готовый продукт.

Криогенный способ получения кислорода обеспечивает высокую чистоту разделяемых компонентов воздуха, при высоких параметрах их извлечения и является вполне эффективным.

Криогенный способ позволяет получать разные продукты разделения воздуха в двух агрегатных состояниях—в виде газа и в виде жидкости. Этот способ получения кислорода применяется для крупных кислородных комплексов большой производительности и длительной непрерывной эксплуатации. Он отличается сложностью аппаратуры, высокими капитальными вложениями и должен обслуживаться высококвалифицированным персоналом.

Получение кислорода при помощи мембранных установок

Процесс получения кислорода в этих установках основан на эффекте различных скоростей проникновения газовой смеси через мембрану. Процесс разделения основан на разнице парциального давления по обе стороны мембраны. Материал мембран это половолоконная структура, выполненная из пористого полимерного волокна, на поверхности которого нанесён газоразделительный слой, что обеспечивает высокую селективность при прохождении через неё различных газов при высокой чистоте разделяемых продуктов. Мембранный способ существует в двух технологиях—компрессорной и вакуумной.

В компрессорной технологии воздух подаётся в волоконное пространство мембраны под избыточным давлением, и кислород выходит после мембраны под незначительным избыточным давлением и, затем, компрессором доводится до необходимого давления.

В вакуумной технологии для создания разности парциальных давлений используется вакуумный насос.

Мембранный способ отличается невысокой производительностью и невысокой чистотой получаемого кислорода (не выше 50%).

Электрохимические установки

Процесс получения кислорода в этих установках основан на переработке перекисных и надперекисных соединений щелочных и щелочноземельных металлов, при которой кислород выделяется из твёрдых электролитов или из водных растворов, при этом получают ещё и водород. Эти установки сложны в эксплуатации и требуют применения специальных мер безопасности и охраны окружающей среды.

Адсорбционные установки

Процесс получения кислорода в этих установках основан на использовании селективной разнородной адсорбции кислорода из атмосферного воздуха твёрдым адсорбентом. Этот процесс позволяет регулировать поглощение газа адсорбентом, он значительно зависит от температуры и парциального давления компонентов обрабатываемого газа, что позволяет, меняя давление и температуру регулировать поглощение газа и регенерацию адсорбента.

Особенностью работы этой установки является способность легко адсорбируемых компонентов хорошо поглощаться адсорбентом, а трудно адсорбируемых, свободно проходить через неё.

Сегодня применяются три различных способа создания методом адсорбции циклического процесса разделения воздуха без нагрева: напорный, вакуумный и смешанный.

При применении напорного способа кислород из воздуха отделяют при давлении, большем, чем атмосферное, а регенерация адсорбента, проходит при атмосферном давлении.

При применении вакуумного способа кислород выделяют из воздуха при атмосферном давлении, а регенерация адсорбента осуществляется при давлении меньше атмосферного.

При применении смешанного способа, давление может быть как больше, так и меньше атмосферного.

Извлечение газов в этих установках осуществляется с использованием пористых адсорбентов, которые способны связывать газы на их поверхности. Разные газы адсорбируются по разному, в зависимости от параметров потока воздуха—давления, температуры и избирательных свойств самого адсорбента. В зависимости от того, какие газы надо извлекать, применяются в качестве адсорбента, вещества с высокоразвитой поверхностью—углерод, цеолит, активированный уголь, оксиды кремния, оксиды алюминия.

Эти установки отличаются простотой устройства, высокой надёжностью, не высокими капитальными затратами и хорошими экономическими показателями. Недостатками их являются ограниченная производительность и сравнительно не высокая чистота получаемого кислорода, до 92%.

Как же работает адсорбционная установка короткого цикла?

В начале процесса атмосферный воздух подвергается фильтрации, затем, с помощью воздуходувки, сжимается до необходимого рабочего давления и подаётся в адсорбер, который представляет собой цилиндрический сосуд с овальными днищами и системой патрубков для подсоединения трубопроводов.

В зоне подачи воздуха, на адсорбенте, выделяются вода и углекислый газ, затем воздушная смесь поступает в следующую рабочую зону аппарата, где адсорбируется азот, а оставшийся кислород, через патрубки, подаётся в буферную ёмкость. После завершения процесса адсорбции, адсорбер подвергается регенерации сбросом давления и откачкой его из аппарата. Адсорбированные вода, углекислый газ и азот удаляются вакуумным насосом, в направлении противоположном фазе адсорбции.

Из буферной ёмкости установки, кислород непрерывно поступает в трубопровод подачи к объекту его потребления, а оставшийся газ, через глушитель сбрасывается в атмосферу. После проведения процесса десорбции, в адсорбере поднимают давление подачей кислорода из адсорбера в фазе адсорбции, кислород под давлением заполняет адсорбер, а далее, давление в нём поднимают подкачкой воздуха из атмосферы с помощью воздуходувки. Затем этот цикл повторяется, обеспечивая направленную подачу кислорода к объекту потребления.

Установка выдаёт кислород с параметрами:

• максимальное давление—2,5х105Па;
• чистота кислорода—90-92%;
• расход достигает 5000 нм3, с использованием диапазона от30 до100%.

Адсорбционная установка проста по конструкции, быстро запускается в работу, управляется дистанционно, потребляет мало энергии и является альтернативой мембранному, криогенному и электрохимическому методам получения кислорода.

Источник

Как работает генератор кислорода

Большинство предприятий, постоянно потребляющих кислород, отказались от заправки баллонов в пользу собственного производства. Газ, способный окислять большинство известных химических соединений, используется практически во всех сферах деятельности человека: от металлургии до медицины. Оборудование для его получения различается производительностью, чистотой конечного продукта, а также его давлением на выходе. Чтобы выбрать установку, удовлетворяющую всем технологическим условиям, потребителю приходится разбираться, как работают генераторы кислорода разных типов.

Криогенные установки

В металлургии применяются высокопроизводительные воздухоразделительное оборудование, использующее криогенный метод получения газов. Объемы производства позволяют обеспечить кислородом доменный и конвертерный процессы, заполнить магистрали для стационарных газорезательных установок и ручных резаков, а содержание примесей в конечном продукте не превышает 0,5%.

Технология включает в себя следующие этапы:

• сжатие атмосферного воздуха при помощи многоступенчатых турбинных установок, реже — компрессоров;
• отбор тепла, выделяющегося в процессе компримирования;
• испарение.

При сжатии все компоненты воздуха переходят в жидкое состояние. Во время испарения система управления установки контролирует температуру и давление. Компоненты воздуха имеют различные точки кипения, за счет чего переходят в газообразное состояние пофракционно.

К преимуществам криогенных установок относят возможность получения жидкого азота и аргона, являющихся ценными попутными продуктами. Основной недостаток — высокая энергоемкость, что ограничивает их применение в коммерческих целях.

Мембранные генераторы

Генераторы работают при давлениях до 10 бар. Их работа основана на разнице в скоростях прохождения кислорода и азота через полупроницаемую мембрану из полимерного материала. Установки отличаются малыми габаритами, низким энергопотреблением и нетребовательностью в обслуживании. В состав конечного продукта входит до 45% кислорода, поэтому такие генераторы чаще называют концентраторами. Мембранные установки используются на рыбозаводах, животноводческих комплексах, а также для медицинских и косметологических процедур.

Адсорбционные генераторы

Метод адсорбции позволяет получить технический кислород чистотой 90 — 95%, который можно применять для газопламенной резки, извлечения из руд ценных металлов, а также для других технологических задач.

Основной элемент установки — адсорбер. Он представляет собой емкость, заполненную цеолитом. В адсорбер закачивают воздух, и минерал поглощает азот, а целевой продукт поступает к потребителям. Процесс адсорбции проходит при пульсирующем давлении 3 — 8 атмосфер, после чего оно сбрасывается до атмосферного и проходит фаза регенерации цеолита. Так как работают генераторы кислорода непрерывно, в их состав входит минимум два адсорбера.

Эксплуатация установок не требует применения реагентов. Цеолит полностью регенерируется, и если для сжатия воздуха применяется безмасляный компрессор, может служить бесконечно долго.

Электролизеры

Электролитические генераторы кислорода дают продукт высокой чистоты на выходе. Единственная примесь — влага — полностью удаляется путем вымораживания. Работа генератора основана на разделении воды на кислород и водород под действием постоянного тока. Самые маленькие установки такого типа применяются в лабораториях для исследований и анализов. Максимальная производительность генератора ограничивается мощностью кабельного ввода.

Источник