氮氣發(fā)生器是一種先進的氣體分離技術(shù),以優(yōu)質(zhì)進口碳分子篩(CMS)為吸附劑,采用常溫下變壓吸附原理(PSA)分離空氣制取高純度的氮氣。
制氮機系統(tǒng)原理
氧、氮兩種氣體分子在分子篩表面上的擴散速率不同,直徑較小的氣體分子(O2)擴散速率較快,較多的進入碳分子篩微孔,直徑較大的氣體分子(N2)擴散速率較慢,進入碳分子篩微孔較少。
利用碳分子篩對氮和氧的這種選擇吸附性差異,導致短時間內(nèi)氧在吸附相富集,氮在氣體相富集,如此氧氮分離,在PSA條件下得到氣相富集物氮氣。
碳分子篩對氧和氮在不同壓力下某一時間內(nèi)吸附量的變化差異曲線:
一段時間后,分子篩對氧的吸附達到平衡,根據(jù)碳分子篩在不同壓力下對吸附氣體的吸附量不同的特性,降低壓力使碳分子篩解除對氧的吸附,這一過程為再生。
根據(jù)再生壓力的不同,可分為真空再生和常壓再生。常壓再生利于分子篩的徹底再生,易于獲得高純度氣體。
變壓吸附制氮機(簡稱PSA制氮機)是按變壓吸附技術(shù)設(shè)計、制造的氮氣發(fā)生設(shè)備。
通常使用兩吸附塔并聯(lián),由全自動控制系統(tǒng)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。
信號發(fā)生器是一種能產(chǎn)生標準信號的電子儀器,是工業(yè)生產(chǎn)和電工、電子實驗室中經(jīng)常使用的電子儀器之一。
氮氣發(fā)生器是純物理的色譜分離方法直接從空氣中提取高純氮氣,所產(chǎn)生氣體流速穩(wěn)定,內(nèi)置耐用型合成碳分子篩,使氮氣純化更徹底,產(chǎn)出的氮氣純度更高。
氮發(fā)生器操作簡單只要一按開關(guān)便可以源源不絕的生產(chǎn)出高純度的氮氣,運行穩(wěn)定可靠,可24小時無人值守,在無需任何監(jiān)管和最低保養(yǎng)的情況下無故障地運行,它替代了傳統(tǒng)的氮氣罐。
從安全性能方面來考慮氮氣發(fā)生器以低壓狀態(tài)產(chǎn)生氮氣,替代高壓瓶或液氮罐。
氮氣發(fā)生器按原理分為三種,現(xiàn)簡單介紹如下,供各位用戶參考:
1.PSA變壓吸附制氮。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(chǎn)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(chǎn)品氣為另一根解析,實現(xiàn)分子篩在線再生,整體表
現(xiàn)即為儀器持續(xù)輸出高純氮氣。這類發(fā)生器可根據(jù)需要,調(diào)節(jié)氮氣的純度和流量,zui高可生產(chǎn)99.999%的氮氣產(chǎn)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(jù)每個需求具體定制。
2.電化學法制氮。在氫氣電解池的陰極(產(chǎn)氫氣一側(cè))通入高壓空氣,在催化劑作用下,氫氣和氧氣形成微觀燃料電池,完成氧化還原反應(yīng)生產(chǎn)水,宏觀上表現(xiàn)即為空氣中的氧氣被除去,剩余氮氣。
這種方法可以產(chǎn)出zui高99.995%的氮氣,但有幾個明顯的缺陷:
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(zhì)量有潛在影響,并有隨氣路輸出的可能性;二單位成本高,比如標稱產(chǎn)氮300ml/min,實際穩(wěn)定使用150ml/min,不適合做大流量氮氣發(fā)生器;三反應(yīng)過程只去除了空氣中的氧氣,其它雜質(zhì)氣體并沒有涉及,并且反應(yīng)過程對電解池制作技術(shù)要求很高,不合適的電解池制作技術(shù)會造成氮氣純度數(shù)量級的降低。
這類氮氣發(fā)生器作為一種小流量氮氣來源,總費用不過幾千元,常被用于色譜載氣和小容量保護,是一種低成本的解決方案;
3.膜分離制氮。高壓空氣通過中空纖維膜組件,氮氣分子和氧氣分子的擴散速度差別積累,在膜組件輸出端形成高純度的氮氣,zui終形成的產(chǎn)品氣純度zui高可達99%,氣體流量>5000ml/min,并且可以累加使用,不影響產(chǎn)品質(zhì)量,在不考慮其它限制條件的情況下,氣體裝置可以無限擴充。
這種制氮方法膜分離制氮在工業(yè)上有不少的應(yīng)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(fā)生器的主要優(yōu)點是流量大,實驗室級別產(chǎn)品一般在50L/min上下,并可隨意擴充,同時壽命長,膜組件作為核心部件,在空氣源穩(wěn)定的情況下,壽命可達10年,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(nèi)不能提供,成本較高,儀器價格也相對高。