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工作原理

PSA變壓吸附制氮原理

碳分子篩可以同時(shí)吸附空氣中的氧和氮，其吸附量也隨著壓力的升高而升高，而且在同一壓力下氧和氮的平衡吸附量無(wú)明顯的差異。因而，僅憑壓力的變化很難完成氧和氮的有效分離。如果進(jìn)一步考慮吸附速度的話，就能將氧和氮的吸附特性有效地區(qū)分開來。氧分子直徑比氮分子小，因而擴(kuò)散速度比氮快數(shù)百倍，故碳分子篩吸附氧的速度也很快，吸附約1分鐘就達(dá)到90%以上;而此時(shí)氮的吸附量?jī)H有5%左右，所以此時(shí)吸附的大體上都是氧氣，而剩下的大體上都是氮?dú)?。這樣，如果將吸附時(shí)間控制在1分鐘以內(nèi)的話，就可以將氧和氮初步分離開來，也就是說，吸附和解吸是靠壓力差來實(shí)現(xiàn)的，壓力升高時(shí)吸附，壓力下降時(shí)解吸。而區(qū)分氧和氮是靠?jī)烧弑晃降乃俣炔?，通過控制吸附時(shí)間來實(shí)現(xiàn)的，將時(shí)間控制的很短，氧已充分吸附，而氮還未來得及吸附，就停止了吸附過程。因而變壓吸附制氮要有壓力的變化，也要將時(shí)間控制在1分鐘以內(nèi)。

深冷空分制氮原理

深冷制氮不僅可以生產(chǎn)氮?dú)舛铱梢陨a(chǎn)液氮，滿足需要液氮的工藝要求，并且可在液氮貯槽內(nèi)貯存，當(dāng)出現(xiàn)氮?dú)忾g斷負(fù)荷或空分設(shè)備小修時(shí)，貯槽內(nèi)的液氮進(jìn)入汽化器被加熱后，送入產(chǎn)品氮?dú)夤艿罎M意工藝裝置對(duì)氮?dú)獾男枨?。深冷制氮的運(yùn)轉(zhuǎn)周期(指兩次大加溫之間的間隔期)一般為1年以上，因此，深冷制氮一般不考慮備用。而變壓吸附制氮只能生產(chǎn)氮?dú)猓瑹o(wú)備用手段，單套設(shè)備不能保證連續(xù)長(zhǎng)周期運(yùn)行。

膜空分制氮原理

空氣經(jīng)壓縮機(jī)壓縮過濾后進(jìn)入高分子膜過濾器，由于各種氣體在膜中溶解度和擴(kuò)散系數(shù)不同，導(dǎo)致不同氣體在膜中相對(duì)滲透速率不同。根據(jù)這一特性，可將各種氣體分為"快氣"和"慢氣"。

當(dāng)混合氣體在膜兩側(cè)壓力差的作用下，滲透速率相對(duì)快的氣體，如水、氫氣、氦氣、硫化氫、二氧化碳等透過膜后，在膜的滲透?jìng)?cè)被富集，而滲透速率相對(duì)較慢的氣體，如甲烷、氮?dú)狻⒁谎趸己蜌鍤獾葰怏w則被滯留在膜的側(cè)被富集，從而達(dá)到混合氣體分離的目的。

主要分類

深冷空分制氮

深冷空分制氮是一種傳統(tǒng)的制氮方法，已有近幾十年的歷史。它是以空氣為原料，經(jīng)過壓縮、凈化，再利用熱交換使空氣液化成為液空。液空主要是液氧和液氮的混合物，利用液氧和液氮的沸點(diǎn)不同(在1大氣壓下，前者的沸點(diǎn)為-183℃，后者的為-196℃)，通過液空的精餾，使它們分離來獲得氮?dú)?。深冷空分制氮設(shè)備復(fù)雜、占地面積大，基建費(fèi)用較高，設(shè)備一次性投資較多，運(yùn)行成本較高，產(chǎn)氣慢(12~24h)，安裝要求高、周期較長(zhǎng)。綜合設(shè)備、安裝及基建諸因素，3500Nm3/h以下的設(shè)備，相同規(guī)格的PSA裝置的投資規(guī)模要比深冷空分裝置低20%~50%。深冷空分制氮裝置宜于大規(guī)模工業(yè)制氮，而中、小規(guī)模制氮就顯得不經(jīng)濟(jì)。

分子篩空分制氮

以空氣為原料，以碳分子篩作為吸附劑，運(yùn)用變壓吸附原理，利用碳分子篩對(duì)氧和氮的選擇性吸附而使氮和氧分離的方法，通稱PSA制氮。此法是七十年代迅速發(fā)展起來的一種新的制氮技術(shù)。與傳統(tǒng)制氮法相比，它具有工藝流程簡(jiǎn)單、自動(dòng)化程度高、產(chǎn)氣快(15~30分鐘)、能耗低，產(chǎn)品純度可在較大范圍內(nèi)根據(jù)用戶需要進(jìn)行調(diào)節(jié)，操作維護(hù)方便、運(yùn)行成本較低、裝置適應(yīng)性較強(qiáng)等特點(diǎn)，故在1000Nm3/h以下制氮設(shè)備中頗具競(jìng)爭(zhēng)力，越來越得到中、小型氮?dú)庥脩舻臍g迎，PSA制氮已成為中、小型氮?dú)庥脩舻氖走x方法。

膜空分制氮

以空氣為原料，在一定壓力條件下，利用氧和氮等不同性質(zhì)的氣體在膜中具有不同的滲透速率來使氧和氮分離。和其它制氮設(shè)備相比它具有結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單、體積更小、無(wú)切換閥門、維護(hù)量更少、產(chǎn)氣更快(≤3分鐘)、增容方便等優(yōu)點(diǎn)，它特別適宜于氮?dú)饧兌?le;98%的中、小型氮?dú)庥脩?，有最佳功能價(jià)格比。而氮?dú)饧兌仍?8%以上時(shí)，它與相同規(guī)格的PSA制氮機(jī)相比價(jià)格要高出15%以上。

設(shè)備特點(diǎn)

(1)產(chǎn)氮?dú)夥奖憧旖?

先進(jìn)的技術(shù)，獨(dú)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?dú)狻?/p>

(2)使用方便:

設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊、整體撬裝，占地小無(wú)需基建投資，投資少，現(xiàn)場(chǎng)只需連接電源即可制取氮?dú)狻?/p>

(3)比其它供氮方式更經(jīng)濟(jì):

PSA工藝是一種簡(jiǎn)便的制氮方法，以空氣為原料，能耗僅為空壓機(jī)所消耗的電能，具有運(yùn)行成本低、能耗低、效率高等優(yōu)點(diǎn)。

(4)機(jī)電一體化設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化運(yùn)行:

進(jìn)口PLC控制全自動(dòng)運(yùn)行，氮?dú)饬髁繅毫兌瓤烧{(diào)并連續(xù)顯示，可實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守。

(5)運(yùn)用范圍廣:

金屬熱處理過程的保護(hù)氣，化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)用氣及各類儲(chǔ)罐、管道的充氮凈化，橡膠、塑料制品的生產(chǎn)用氣，食品行業(yè)排氧保鮮包裝，飲料行業(yè)凈化和覆蓋氣，醫(yī)藥行業(yè)充氮包裝及容器的充氮排氧，電子行業(yè)電子元件及半導(dǎo)體生產(chǎn)過程的保護(hù)氣等。純度、流量、壓力穩(wěn)定可調(diào)，滿足不同客戶的需要。

技術(shù)指標(biāo):

流量:5-1000Nm3/h

純度:95%-99.9995%

露點(diǎn):≤-40℃

壓力:≤0.8Mpa可調(diào)

系統(tǒng)用途

石油天然氣行業(yè)專用制氮機(jī)適用于大陸石油及天然氣開采、沿海及深海石油及天然氣開采中的氮?dú)獗Ｗo(hù)、輸送、覆蓋、置換、搶險(xiǎn)、維修、注氮采油等領(lǐng)域。具有安全性高、適應(yīng)強(qiáng)、連續(xù)性生產(chǎn)待特點(diǎn)。

化工行業(yè)專用制氮機(jī)適用于石油化工、煤化工、鹽化工、天然氣化工、精細(xì)化工、新材料等及其衍伸化工產(chǎn)品加工行業(yè)，氮?dú)庵饕糜诟采w、吹掃、置換、清洗、壓力輸送、化學(xué)反應(yīng)攪動(dòng)、化纖生產(chǎn)保護(hù)、充氮保護(hù)等領(lǐng)域。

冶金行業(yè)專用制氮肥機(jī)適用于熱處理、光亮退火、保護(hù)加熱、粉末冶金、銅材鋁材加工、磁性材料燒結(jié)、貴金屬加工、軸承生產(chǎn)等領(lǐng)域。具有純度高、連續(xù)生產(chǎn)、部分工藝要求氮?dú)夂欢康臍湟栽黾庸饬炼鹊忍攸c(diǎn)。

煤礦行業(yè)專用制氮機(jī)適用于煤炭開采中的防火滅火、瓦斯及煤氣稀釋等領(lǐng)域，具有地面固定式、地面移動(dòng)式、井下移動(dòng)式三種規(guī)格，充分滿足不同工況下的氮?dú)庑枨蟆?/p>

橡膠輪胎行業(yè)專用制氮機(jī)適用于橡膠及輪胎生產(chǎn)硫化過程中的氮?dú)獗Ｗo(hù)、成型等領(lǐng)域。特別是在全鋼子午線輪胎生產(chǎn)中，用氮?dú)饬蚧鹿に囈阎鸩饺〈羝蚧に?。具有氮?dú)饧兌雀摺⑦B續(xù)性生產(chǎn)、氮?dú)鈮毫^高等特點(diǎn)。

食品行業(yè)專用制氮機(jī)適用于糧食綠色倉(cāng)儲(chǔ)、食品充氮包裝、蔬菜保鮮、酒類封(罐)裝和保存等。

防爆型制氮機(jī)適用于化工、石油天然氣等對(duì)設(shè)備有防爆要求的場(chǎng)所。

制藥行業(yè)專用制氮機(jī)主要用于藥品生產(chǎn)、儲(chǔ)存、封裝、包裝等領(lǐng)域。

電子行業(yè)專用制氮機(jī)適用于半導(dǎo)體生產(chǎn)封裝、電子元器件生產(chǎn)、LED、LCD液晶顯示器、鋰電池生產(chǎn)等領(lǐng)域。制氮機(jī)具有純度高、體積小、噪聲低、能耗低等特點(diǎn)。

集裝箱式制氮機(jī)適用于石油、天然氣、化工及其它相關(guān)領(lǐng)域，即有適應(yīng)性強(qiáng)、可移動(dòng)作業(yè)等特點(diǎn)。

車載移動(dòng)式制氮車適用于石油天然氣行業(yè)的開采、管道吹掃、置換、應(yīng)急搶險(xiǎn)、易燃?xì)怏w、液體的稀釋等領(lǐng)域、分為低壓、中壓、高壓系列，具有機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、可移動(dòng)作業(yè)等特點(diǎn)。

汽車輪胎沖氮氮?dú)鈾C(jī)，主要用于汽車4S店、汽車維修廠的汽車輪胎沖氮，可延長(zhǎng)輪胎使用壽命，降低噪音和油耗。

技術(shù)參數(shù)

質(zhì)量即氣體的重量，常以毫克(mg)、克(g)、千克(kg)、噸(t)來表示。體積是指氣體所處的容器之容積。常以立方毫米(mm3)、立方厘米(cm3)、立方米(m3)表示。比容是單位重量物質(zhì)所占有的容積，用符號(hào)V表示，氣體比容單位用m3/kg，液態(tài)比容l/kg表示。

壓力、壓強(qiáng)、大氣壓、絕對(duì)壓力、相對(duì)壓力

氣體分子運(yùn)動(dòng)時(shí)對(duì)容器壁的撞擊時(shí)產(chǎn)生的力稱壓力。對(duì)容器單位面積所產(chǎn)生的壓力叫壓強(qiáng)。壓強(qiáng)的單位習(xí)慣上使用毫米汞柱(mmHg)/平方厘米(cm2)，國(guó)際通用(法定計(jì)量)帕(Pa)、千帕(kPa)、兆帕(MPa)。經(jīng)換算1mmHg=133.3Pa=0.1333kPa，1MPa=1000kPa=1000000Pao1ATA=0.1MPao。

包圍在地球表面一層很厚的大氣層對(duì)地球表面或表面物體所造成的壓力稱為"大氣壓"，符號(hào)為B;直接作用于容器或物體表面的壓力，稱為"絕對(duì)壓力"，絕對(duì)壓力值以絕對(duì)真空作為起點(diǎn)，符號(hào)為PABS。

用壓力表、真空表、U型管等儀器測(cè)出的壓力叫"表壓力"(又叫相對(duì)壓力)，"表壓力"以大氣壓力為起點(diǎn)，符號(hào)為Pg。三者之間的關(guān)系是:PABS==B+Pg。

溫度、絕對(duì)溫度、相對(duì)溫度、臨界溫度、臨界壓力

溫度是物質(zhì)分子熱運(yùn)動(dòng)的統(tǒng)計(jì)平均值。氣體溫度是氣體分子熱運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的。氣體溫度的單位常用攝氏(℃)表示，水結(jié)冰的溫度為0℃。物理學(xué)上常使用絕對(duì)溫度，用"K"表示。絕對(duì)溫度以-273℃作為零度。攝氏和絕對(duì)溫度的關(guān)系是T=t+273。此外英國(guó)科學(xué)家還經(jīng)常用"華氏溫度"，符號(hào)為oF。

因?yàn)槿魏螝怏w在一點(diǎn)溫度和壓力下都可以液化，溫度越高，液化所需要的壓力也越高，但是當(dāng)溫度超過某一數(shù)值時(shí)，即使在增加多大的壓力也不能液化，這個(gè)溫度叫臨界溫度，在這一溫度下最低的壓力就叫做臨界壓力。

是指氣體中的水份從未飽和水蒸氣變成飽和水蒸氣的溫度，當(dāng)未飽和水蒸氣變成飽和水蒸氣時(shí)，有極細(xì)的露珠出現(xiàn)，出現(xiàn)露珠時(shí)的溫度叫做"露點(diǎn)"。露點(diǎn)和壓力有關(guān)，因此又有大氣壓露點(diǎn)(常壓露點(diǎn))和壓力下露點(diǎn)之分。大氣壓露點(diǎn)是指在大氣壓力下水份的凝結(jié)溫度，而壓力下露點(diǎn)是指該壓力下的水份凝結(jié)溫度，兩者有換算關(guān)系(可查換算表)，如壓力0.7Mpa時(shí)壓力露點(diǎn)為5℃，則相應(yīng)的大氣壓(0.101Mpa)露點(diǎn)則為-20℃。在氣體行業(yè)中，若無(wú)特殊說明，所指的露點(diǎn)均為大氣壓露點(diǎn)。 汽化是指物質(zhì)由液態(tài)變成氣體的過程，其包括蒸發(fā)和沸騰。凝結(jié)是指氣體變成液體的過程。

純度

純度是氣體的一個(gè)重要技術(shù)參數(shù)。舉氮?dú)鉃槔?，按?guó)標(biāo)氮?dú)獾募兌确譃楣I(yè)用氮?dú)?、純氮和高純氮三?jí)，它們的純度分別為99.5%(O2小于等于0.5%)，99.99%(O2小于等于0.01%)和99.99%(O2小于等于0.001%)。

流量、體積流量、質(zhì)量流量

流量是指氣體流動(dòng)過程中，單位時(shí)間內(nèi)通過任一截面的氣體量。流量有兩種方式來表示，即體積流量和質(zhì)量流量。前者指通過管路任一截面的氣體體積，后者為通過的氣體質(zhì)量，在氣體工業(yè)中一般均采用體積流量以m3/h(或L/H)為計(jì)量單位。因氣體體積與溫度、壓力和濕度有關(guān)，為便于比較通常所說的體積流量是指標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)(溫度為20℃，壓力為0.101MPa，相對(duì)濕度為65%)而言，此時(shí)的流量以Nm3/h為單位，"N"即表示標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)。

空氣具有可壓縮性，經(jīng)空氣壓縮機(jī)做機(jī)械功使本身體積縮小、壓力提高后的空氣叫壓縮空氣。壓縮空氣里含有很多雜質(zhì):1.水，包括水霧、水蒸氣、凝結(jié)水;2.油:包括油污、油蒸氣;3.各種固態(tài)物質(zhì)如:銹泥、金屬粉末、橡膠粉末、焦油粒及濾材、密封材料的細(xì)末等;此外還有多種有害的化學(xué)異味物質(zhì)等。壓縮空氣可以通過加壓、降溫、吸附等方法來除去其中的水蒸氣?？赏ㄟ^加熱、過濾、機(jī)械分離等方法除去液態(tài)水份。 吸附、膜滲透

吸附是氣體中一個(gè)或多個(gè)組分在多孔固體表面的選擇性濃縮，被吸附的組分稱作吸附介質(zhì)，多孔固體稱為吸附劑。吸附劑與吸附介質(zhì)的連接力是化學(xué)鍵，而吸附介質(zhì)的解析靠升溫或降低該組分在氣壓中分壓。另一種情況是吸附組分與固體吸附劑去化學(xué)反應(yīng)時(shí)，稱為化學(xué)吸附，化學(xué)吸附一般情況下不能再生。

膜滲透指在氣體凈化過程中聚合物分離氣體是基于一個(gè)或多個(gè)氣體組分從膜的一邊選擇性的滲透到另一邊。該組分溶解于聚合物膜的表面，并沿著膜傳遞形成一濃度差，保持此濃度差是靠膜一邊組分的分壓高于膜另一邊該組分的分壓。

氣體常用法定計(jì)量單位

根據(jù)一九八四年二月二十七日國(guó)務(wù)院《關(guān)于在我國(guó)統(tǒng)一實(shí)行法定計(jì)量單位的命令》編制

法定計(jì)量單位:SI單位

法定計(jì)量單位:非國(guó)際單位制的單位

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