مبدأ عمل المناخل الجزيئية المولدة للأكسجين

يعتمد مبدأ عمل المناخل الجزيئية المُولِّدة للأكسجين على تقنية الامتزاز بالضغط المتأرجح (PSA). وتستفيد هذه التقنية من خاصية الامتزاز الانتقائية العالية التي يتميز بها المناخل الجزيئية لغاز النيتروجين. ويتم فصل الأكسجين والنيتروجين من خلال عملية دورية من الامتزاز تحت الضغط والامتصاص بدون ضغط. وتتضمن هذه العملية أربع خطوات رئيسية: ضغط الهواء، والمعالجة الأولية، والفصل بالامتزاز، وتجديد المناخل الجزيئية.

1. ضغط الهواء والمعالجة المسبقة

يُضغط الهواء أولًا إلى 0.5-0.7 ميجا باسكال بواسطة ضاغط. ثم يُبرَّد بمبرد، وتُزال الرطوبة منه عبر مجففات مبردة، مُكوِّنًا هواءً نظيفًا مضغوطًا. تُوفر هذه الخطوة مصدر غاز مستقرًا لفصل الامتزاز اللاحق، وتمنع الرطوبة من التأثير على أداء المنخل الجزيئي.

2. عملية الفصل بالامتصاص

المكونات الرئيسية للهواء هي النيتروجين (يمثل حوالي 78%) والأكسجين (حوالي 21%). على الرغم من تشابه أحجامهما الجزيئية (يبلغ القطر الحركي لجزيئات النيتروجين حوالي 0.364 نانومتر، وقطر جزيئات الأكسجين حوالي 0.346 نانومتر)، إلا أنهما يختلفان في خصائصهما الكيميائية. يدخل الهواء المُعالج مسبقًا إلى برج الامتزاز المملوء بالمناخل الجزيئية. يمتص الهيكل الدقيق للمناخل الجزيئي النيتروجين بشكل تفضيلي، بينما يُثري الأكسجين، نظرًا لصغر قطره الحركي ومعدل انتشاره البطيء، ويُنتج كغاز ناتج. عند هذه النقطة، يمكن أن تصل نقاء الأكسجين إلى أكثر من 90%.

3. تجديد المنخل الجزيئي ودورته

بمجرد تشبع المنخل الجزيئي بالنيتروجين الممتص، يُعاد توليده عن طريق تخفيف ضغطه لإطلاق النيتروجين، مما يُعيد قدرته على الامتصاص. يعتمد النظام عادةً على تصميم برج مزدوج أو متعدد الأبراج، حيث تقوم الأبراج بالامتصاص والتفريغ بالتناوب لتمكين إنتاج الأكسجين بشكل مستمر. تتضمن دورة عمل كل برج خمس مراحل: الامتزاز، وخفض الضغط، والتنظيف، والتجديد، والضغط.