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小型氮氣發生器的工作原理

文章出處:未知責任編輯:admin作者:admin 人氣:發表時間:2017-04-14 07:27
  氮氣發生器是一套能提取氮氣的設備,它主要應用領域為:航空航天、核電核能、食品醫藥、石油化工、電子工業、材料工業、國防軍工和科學實驗等領域。下面介紹幾種應用于氣相色譜分析實驗的氮氣發生器的工作原理,僅供大家參考。
1、采用中空纖維膜分離法;
2、電化學法制氮;
3、PSA變壓吸附制氮。
一、采用中空纖維膜法(無需“加液”)
    兩種或兩種以上的氣體混合通過高分子膜時,由于各種氣體在膜中的溶解度和擴散系數的差異,導致不同氣體在膜中相對滲透速率有所不同。根據這一特性,可將氣體分為“快氣”和“慢氣”。
    當混合氣體在驅動力——膜兩側壓差的作用下,滲透速率相對較快的氣體和水、氧、二氧化碳等透過膜后在膜滲透側被富集,而滲透速率相對較慢的氣體如氮氣、一氧化碳、氬氣等則在滯留側被富集,從而達到混合氣體分離之目的。
    當以加壓凈化空氣為氣源時,氮氣等惰性氣體被富集成高純度供生產應用,由滲透側排空的為富氧空氣。氮膜系統可將廉價的空氣中氮從78%提高到95%以上,最高可得到99.9%的純氮。
    這種氮氣發生器的工作原理分離制氮在工業上有不少的應用,在實驗室主要用于對氣體純度要求不特別高的吹掃、保護、對氧氣的置換等。這類發生器的主要優點是流量大,同時壽命長,且維護成本極低;缺點是氮氣純度不能達到高純級,膜組件目前均為進口,國內不能提供,成本較高,儀器價格也相對高。
二、電化學法制氮(需“加液”)
    采用電化學法制氮的發生器可以制取純氮、氧氣等氣體。它利用恒定電位電解法,采用微孔膜(例如石棉膜)作為兩電極的分隔板,多孔氣體擴散型氧電極為陰極,鎳網為陽極,且電極安裝是采用硬支撐結構。該發生器可在氮、氧氣室壓差(1MPa)下穩定工作,可避免陰極氫析出,保證產生氣體的純度氮。具體制取氮氣的方法是以空氣為原料將氣體送入有電解液的電解槽,在兩電極間加上電壓≤1.5V的直流電,此時在槽內空氣中氧氣被吸收而獲得氮氣。其電解液采用“強制循環方式”,由電磁泵帶動電解液在液路中循環,提高了電解效率。
    這種氮氣發生器的工作原理可以產出最高99.995%的氮氣,但有幾個明顯的缺陷:其一,需用到高濃度氫氧化鉀溶液做電解液,這種強堿溶液與氣體直接接觸,對氣體質量有潛在影響,并有隨氣路輸出的可能性;其二,單位成本高,不適合做大流量氮氣發生器;其三,反應過程只去除了空氣中的氧氣,其它雜質氣體并沒有涉及,并且反應過程對電解池制作技術要求很高,不合適的電解池制作技術會造成氮氣純度數量級的降低。但是,這類氮氣發生器作為一種小流量氮氣來源,常被用于色譜載氣和小容量保護,總費用不過幾千元,是一種低成本的氮氣發生器的工作原理解決方案。
三、PSA變壓吸附制氮(無需“加液”)
    利用氮氣與其它氣體分子在分子篩中的吸附能力差異,形成濃度差異的積累,在分子篩柱末端產出高純度氮氣。同時利用兩根分子篩柱,一根吸附的同時引出一部分產品氣為另一根解析,實現分子篩在線再生,整體表現即為儀器持續輸出高純氮氣。 
    這類發生器可根據需要,調節氮氣的純度和流量,最高可生產99.999%的氮氣產品,流量可從幾百毫升到幾十升到幾立方每分鐘,純度大小配置靈活,可根據每個需求具體定制,適用于各種氣相色譜檢測器。
如上所述,氮氣發生器的工作原理采用PSA變壓吸附制氮技術的氮氣發生器優于采用電化學分離法和物理吸附法以及中空纖維膜法的氮氣發生器。它可以應用于國內外各種不同類型的氣相色譜儀用作載氣,是一款性能優良,維護方便的新一代氮氣發生器,具有世界領先水平。變壓吸附制氮機(簡稱PSA制氮機)是按變壓吸附技術設計、制造的氮氣發生設備。通常使用兩吸附塔并聯,由全自動控制系統按特定可編程序嚴格控制時序,交替進行加壓吸附和解壓再生,完成氮氧分離,獲得所需高純度的氮氣。
  制氮設備以空氣為原料,利用物理的方法,將其中的氧和氮分離而獲得。其功能就是分離氮,制作氮類產品的設備。是以空氣為原料,以碳分子篩作為吸附劑,運用變壓吸附原理,利用碳分子篩對氧和氮的選擇性吸附而使氮和氧分離的方法,通稱PSA制氮。
制氮機的技術指標:
氮氣產量:3~5000Nm3/h
氮氣純度:95~99.9995%
氮氣壓力:0.1~0.8Mpa(可調)
氮氣露點:-40~-60℃(常壓)
制氮機的優勢:
1.制氮機工藝流程簡單、自動化程度高、產氣快(15~30分鐘)、能耗低,產品純度可在較大范圍內根據用戶需要進行調節,操作維護方便、運行成本較低。
2.制氮機的用途廣泛,可用于SMT行業應用 ,半導體硅行業應,半導體封裝行業應用,電子元器件行業應用,化工、新材料行業行業應用 ,粉末冶金,金屬加工行業,熱處理行業應用 食品、醫藥行業行業應用,其他使用領域。
3.制氮機先進的技術,獨特的氣流分布器,使氣流分布更均勻,高效地利用碳分子篩,20分鐘左右即可提供合格的氮氣。
4.制氮機是采用優質的進口碳分子,可使制氮機的壽命長達10年以上。
5.制氮機設備結構緊湊、整體撬裝,占地小無需基建投資,投資少,運動部件少,容易清洗。
6.制氮機產氣速度快,傳統的制氮機要12個小時才能產出氮氣,現在的制氮機現場只需連接電源即可制取氮氣。
7.制氮機的氮氣純度高,可達到99.9999%以上,還可根據您的要求任意的調節。
8.制氮機一般可在室溫和不高的壓力下工作,床層再生時不用加熱,節能經濟。
9.制氮機系統全自動運行,全過程可實現無人值守。用戶可通過遠程監控,達到對設備開機、停機、流量、氮氣純度、空氣壓力、氮氣壓力、含水量的全天候監控、調節,不合格氮氣實現自動報警和排空。
制氮機運用范圍:
     金屬熱處理過程的保護氣,化學工業生產用氣及各類儲罐、管道的充氮凈化,橡膠、塑料制品的生產用氣,食品行業排氧保鮮包裝,飲料行業凈化和覆蓋氣,醫藥行業充氮包裝及容器的充氮排氧,電子行業電子元件及半導體生產過程的保護氣等。純度、流量、壓力穩定可調,滿足不同客戶的需要。
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