製氮機工作原理基礎知識

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。