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(lái)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(mén)、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)饧兌取?8%的中、小型氮?dú)庥脩簦泄δ軆r(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。

　　鋼瓶氮?dú)庑枰驓怏w供應(yīng)商購(gòu)買(mǎi)，一般采用深冷分離法從空氣中獲得，液質(zhì)用氮?dú)獍l(fā)生器廠家，適合大規(guī)模工業(yè)制氮;氮?dú)獍l(fā)生器的種類、原理和結(jié)構(gòu)多種多樣，從原理上來(lái)講，一般分為三種，即：電解法、膜分離法，以及變壓吸附(PSA)&碳分子篩法。

　　一 電解法制氮

　　氮?dú)獍l(fā)生器使用電解法制氮原理的氮?dú)獍l(fā)生器，其主要特點(diǎn)就是儀器具有電解液儲(chǔ)液桶

　　其主要原理是：原料空氣進(jìn)入到電解池中，日本液質(zhì)用氮?dú)獍l(fā)生器，空氣中的氧在陰極被附而獲得電子，與水作用生成氫氧根離子并遷移到陽(yáng)極，在陽(yáng)極處失去電子析出氧氣，因此空氣中的氧不斷被分離，只留下氮?dú)怆S氣路被輸出。

氮?dú)獍l(fā)生器

　　二 膜分離法制氮

　　利用膜(中空纖維膜)分離法制氮的基本原理是：當(dāng)兩種或兩種以上的氣體混合物通過(guò)中空纖維膜時(shí)， 由于氣體在膜中的溶解度和擴(kuò)散系數(shù)有差異， 因而這些氣體在膜中的相對(duì)滲透率是不同的。當(dāng)混合氣體在驅(qū)動(dòng)力(膜兩側(cè)壓力差) 作用下通過(guò)中空纖維膜時(shí)， 滲透速率相對(duì)快的氣體， 如水、氫氣、硫i化氫、二氧化碳等， 快速透過(guò)膜進(jìn)入膜的另一側(cè)。

　　一般而言，采用膜分離制氮得到的氮?dú)饧兌?lt;99.9%，可以用在一般的常量分析之中。

　　三 變壓吸附(PSA)&碳分子篩法制氮

　　1 變壓吸附的原理

　　氮?dú)獍l(fā)生器變壓吸附是用于分離混合氣體，提取某一氣體組分的技術(shù)，是指在系統(tǒng)溫度維持不變的情況下，通過(guò)升高或降低系統(tǒng)的壓力來(lái)不斷地改變吸附劑的吸附量從而達(dá)到組分分離的方法;主要體現(xiàn)在較高壓力下進(jìn)行吸附，在較低壓力下(常壓或真空)使吸附的組分解吸出來(lái)，從而得到得到氣體產(chǎn)物。

　　2 變壓吸附用于氧氮分離

　　實(shí)驗(yàn)室制氮過(guò)程中常使用分子篩作為變壓吸附中的吸附劑，因此有的廠家稱之為碳分子篩法。

　　制氮的基本過(guò)程為：

　　(1)在采用碳分子篩為吸附劑時(shí)，碳分子篩對(duì)氧氮的吸附速度相差很大。

　　(2)氮?dú)饬鞒龊?，通過(guò)降低壓力，液質(zhì)用氮?dú)獍l(fā)生器原理，分子篩表面上被吸附的氧分子等被解吸排出，從而吸附劑得以再生。

制氮機(jī)制取的氮?dú)庥心膸追N純化方式

氮是惰性氣體，常用于高溫處理各種材料或零件的保護(hù)氣氛。為此，應(yīng)把氮?dú)庵械碾s質(zhì)（氧和水汽）清除到i低水平。

一般來(lái)說(shuō)，由制氮機(jī)制取的氮?dú)庵泻趿啃∮?.5%時(shí)，宜采用脫氧劑直接除氧，含氧量為0.5-3%時(shí)，宜采用催化劑加氫除氧，含氧量大于3%時(shí)可采用分級(jí)催化除氧。因?yàn)榈獨(dú)庵泻趿窟^(guò)高，按化學(xué)計(jì)量所需的氫氣量大，液質(zhì)用氮?dú)獍l(fā)生器報(bào)價(jià)，一次全部加入時(shí)，可能有爆i炸的***；且反應(yīng)中放出的熱量較大，易燒壞催化劑。因此，必須嚴(yán)格控制加氫量進(jìn)行分級(jí)除氧。原料氮?dú)庵泻趿窟^(guò)高時(shí)，亦可用部分純氮稀釋原料氣，使混合氣體中含氧量小于3%再進(jìn)行加氫催化除氧。

采用脫氧劑清除雜質(zhì)氧的典型工藝流程：氮?dú)饨?jīng)催化除氧器（除去氧）、水冷卻器和吸附干燥器（除去水汽）、氣體過(guò)濾器（除去塵埃顆粒）后，即得純氮產(chǎn)品。

采用加氫催化除氧的典型工藝流程：首先在氮?dú)庵屑舆m量氫氣（添加量為氮?dú)庵泻趿康亩兑陨希?，然后通過(guò)催化除氧器（除去氧）、水冷卻器和吸附于燥器（除去水汽）、氣體過(guò)濾器（除去塵埃粒）后，即得純氮產(chǎn)品。

當(dāng)?shù)獨(dú)庵泻趿枯^大（大于3%），可采用分級(jí)加氫催化除氧工藝，氮?dú)庠谶M(jìn)入催化除氧器前，需要嚴(yán)格控制加氫量，通過(guò)催化除氧器1（一次除氧），再加入少量氫氣進(jìn)入催化除氧器2進(jìn)行二次除氧。

如果原料氮?dú)庵泻踺^高，對(duì)純氮又要求不許有過(guò)量氫氣存在。此時(shí)，氮?dú)饧兓b置采用先加氫催化除氧，再用活性氧化銅等除氫的方法純化氮?dú)猓涞湫偷墓に嚵鞒虨椋涸谠系獨(dú)庵懈鶕?jù)氧的含量，添加稍為過(guò)量的氫（按化學(xué)計(jì)量）后通過(guò)催化除氧器除氧，再通過(guò)電加熱器和氧化反應(yīng)除去氮?dú)庵械倪^(guò)量氫。常用的脫氫劑除活性氧化銅外，也可用銀分子篩等。

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