氮氣發生器工作原理及工藝流程簡介

製氮機工作原理及工藝流程簡介
一、基礎知識
1．氣體(ti) 知識氮氣作為(wei) 空氣中含量豐(feng) 富的氣體(ti) ，取之不竭，用之不盡。它無色、無味，透明，屬於(yu) 亞(ya) 惰性氣體(ti) ，不維持生命。高純氮氣常作為(wei) 保護性氣體(ti) ，用於(yu) 隔絕氧氣或空氣的場所。氮氣（N2）在空氣中的含量為(wei) 78.084%（空氣中各種氣體(ti) 的容積組分為(wei) ：N2：78.084%、O2：20.9476%、氬氣：0.9364%、CO2：0.0314%、其它還有H2、CH4、N2O、O3、SO2、NO2等，但含量極少），分子量為(wei) 28，沸點：-195.8，冷凝點：-210。2．壓力知識變壓吸附（PSA）製氮工藝是加壓吸附、常壓解吸，使用壓縮空氣。現使用的吸附劑碳分子篩佳吸附壓力為(wei) 0.75~0.9MPa，整個(ge) 製氮係統中氣體(ti) 均是帶壓的，具有衝(chong) 擊能量。
二、PSA製氮工作原理：變壓吸附製氮機是以碳分子篩為(wei) 吸附劑，利用加壓吸附，降壓解吸的原理從(cong) 空氣中吸附和釋放氧氣，從(cong) 而分離出氮氣的自動化設備。碳分子篩是一種以煤為(wei) 主要原料，經過研磨、氧化、成型、碳化並經過特殊的孔型處理工藝加工而成的，表麵和內(nei) 部布滿微孔的柱形顆粒狀吸附劑，呈黑色，其孔型分布如下圖所示：碳分子篩的孔徑分布特性使其能夠實現O2、N2的動力學分離。這樣的孔徑分布可使不同的氣體(ti) 以不同的速率擴散至分子篩的微孔之中，而不會(hui) 排斥混合氣（空氣）中的任何一種氣體(ti) 。碳分子篩對O2、N2的分離作用是基於(yu) 這兩(liang) 種氣體(ti) 的動力學直徑的微小差別，O2分子的動力學直徑較小，因而在碳分子篩的微孔中有較快的擴散速率，N2分子的動力學直徑較大，因而擴散速率較慢。壓縮空氣中的水和CO2的擴散同氧相差不大，而氬擴散較慢。終從(cong) 吸附塔富集出來的是N2和Ar的混合氣。碳分子篩對O2、N2的吸附特性可以用平衡吸附曲線和動態吸附曲線直觀表現出來：由這兩(liang) 個(ge) 吸附曲線可以看出，吸附壓力的增加，可使O2、N2的吸附量同時增大，且O2的吸附量增加幅度要大一些。變壓吸附周期短，O2、N2的吸附量遠沒有達到平衡（大值），所以O2、N2擴散速率的差別使O2的吸附量在短時間內(nei) 大大超過N2的吸附量。變壓吸附製氮正是利用碳分子篩的選擇吸附特性，采用加壓吸附，減壓解吸的循環周期，使壓縮空氣交替進入吸附塔（也可以單塔完成）來實現空氣分離，從(cong) 而連續產(chan) 出高純度的產(chan) 品氮氣。
三、PSA製氮基本工藝流程：PSA製氮機基本工藝流程示意圖空氣經空壓機壓縮後，經過除塵、除油、幹燥後，進入空氣儲(chu) 罐，經過空氣進氣閥、左吸進氣閥進入左吸附塔，塔壓力升高，壓縮空氣中的氧分子被碳分子篩吸附，未吸附的氮氣穿過吸附床，經過左吸出氣閥、氮氣產(chan) 氣閥進入氮氣儲(chu) 罐，這個(ge) 過程稱之為(wei) 左吸，持續時間為(wei) 幾十秒。左吸過程結束後，左吸附塔與(yu) 右吸附塔通過上、下均壓閥連通，使兩(liang) 塔壓力達到均衡，這個(ge) 過程稱之為(wei) 均壓，持續時間為(wei) 2~3秒。均壓結束後，壓縮空氣經過空氣進氣閥、右吸進氣閥進入右吸附塔，壓縮空氣中的氧分子被碳分子篩吸附，富集的氮氣經過右吸出氣閥、氮氣產(chan) 氣閥進入氮氣儲(chu) 罐，這個(ge) 過程稱之為(wei) 右吸，持續時間為(wei) 幾十秒。同時左吸附塔中碳分子篩吸附的氧氣通過左排氣閥降壓釋放回大氣當中，此過程稱之為(wei) 解吸。反之左塔吸附時右塔同時也在解吸。為(wei) 使分子篩中降壓釋放出的氧氣排放到大氣中，氮氣通過一個(ge) 常開的反吹閥吹掃正在解吸的吸附塔，把塔內(nei) 的氧氣吹出吸附塔。這個(ge) 過程稱之為(wei) 反吹，它與(yu) 解吸是同時進行的。右吸結束後，進入均壓過程，再切換到左吸過程，一直循環進行下去。製氮機的工作流程是由可編程控製器控製三個(ge) 二位五通先導電磁閥，再由電磁閥分別控製八個(ge) 氣動管道閥的開、閉來完成的。三個(ge) 二位五通先導電磁閥分別控製左吸、均壓、右吸狀態。左吸、均壓、右吸的時間流程已經存儲(chu) 在可編程控製器中，在斷電狀態下，三個(ge) 二位五通先導電磁閥的先導氣都接通氣動管道閥的關(guan) 閉口。當流程處於(yu) 左吸狀態時，控製左吸的電磁閥通電，先導氣接通左吸進氣閥、左吸產(chan) 氣閥、右排氣閥開啟口，使得這三個(ge) 閥門打開，完成左吸過程，同時右吸附塔解吸。當流程處於(yu) 均壓狀態時，控製均壓的電磁閥通電，其它閥關(guan) 閉；先導氣接通上均壓閥、下均壓閥開啟口，使得這兩(liang) 個(ge) 閥門打開，完成均壓過程。當流程處於(yu) 右吸狀態時，控製右吸的電磁閥通電，先導氣接通右吸進氣閥、右吸產(chan) 氣閥、左排氣閥開啟口，使得這三個(ge) 閥門打開，完成右吸過程，同時左吸附塔解吸。每段流程中，除應該打開的閥門外，其它閥門都應處於(yu) 關(guan) 閉狀態。
二、變壓吸附製氧變壓吸附製氧，以沸石分子篩吸附劑為(wei) 核心，根據吸附劑在較高壓力下選擇吸附氮氣，未被吸附的氧氣在吸附塔頂部聚集，作為(wei) 產(chan) 品氣輸出。當處於(yu) 吸附的吸附塔臨(lin) 近吸附飽和之前，原料空氣停止進氣，轉而向另一隻完成再生的吸附塔均壓，隨後泄壓再生。被均壓的吸附塔引入原料空氣開始吸附。兩(liang) 隻吸附塔如此交替重複，完成氧氣生產(chan) 的工藝過程。工業(ye) 用變壓吸附製氧可采用加壓吸附，常壓解吸流程；超大氣壓真空解吸流程；穿透大氣壓真空解吸流程。