?化工制氮機(jī)主要有三種類型:深冷空分法、分子篩空分法(PSA)和膜空分法。以下是它們的工作原理及特點(diǎn):
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深冷空分法:
工作原理:以空氣為原料,經(jīng)過(guò)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(guò)液空的精餾,使它們分離來(lái)獲得氮?dú)狻?br>特點(diǎn):
優(yōu)點(diǎn):能夠生產(chǎn)高純度的氮?dú)?,純度可高達(dá) 99.999% 以上;可同時(shí)生產(chǎn)液氮,滿足對(duì)液氮有需求的工藝;設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定,技術(shù)成熟可靠,適合大規(guī)模工業(yè)制氮。
缺點(diǎn):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,因?yàn)樾枰拇罅康哪芰縼?lái)維持低溫環(huán)境;產(chǎn)氣慢,通常需要 12 至 24 小時(shí)才能產(chǎn)出合格的氮?dú)猓话惭b要求高、周期較長(zhǎng)。
分子篩空分法(PSA):
工作原理:以進(jìn)口碳分子篩為吸附劑,利用常溫下的變壓吸附原理(PSA)分離空氣制取高純度的氮?dú)狻?諝饨?jīng)過(guò)壓縮、凈化后進(jìn)入吸附塔,在吸附塔中,碳分子篩對(duì)空氣中的氧和氮進(jìn)行選擇性吸附,由于氧分子直徑比氮分子小,擴(kuò)散速度比氮快數(shù)百倍,碳分子篩吸附氧的速度很快,而氮的吸附量較少。通過(guò)控制吸附和解吸的時(shí)間和壓力變化,將氧和氮分離,從而獲得高純度的氮?dú)狻Mǔ2捎脙晌剿⒙?lián)的方式,由進(jìn)口 PLC 控制進(jìn)口氣動(dòng)閥自動(dòng)運(yùn)行,交替進(jìn)行加壓吸附和解壓再生。
特點(diǎn):
優(yōu)點(diǎn):工藝流程簡(jiǎn)單,自動(dòng)化程度高,操作方便;產(chǎn)氣快,一般 15 至 30 分鐘即可提供合格的氮?dú)?;能耗低,以空氣為原料,能耗僅為空壓機(jī)所消耗的電能,運(yùn)行成本較低;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);設(shè)備適應(yīng)性較強(qiáng),可根據(jù)不同的用氣量和純度要求進(jìn)行設(shè)計(jì)和安裝。
缺點(diǎn):碳分子篩需要定期更換,增加了維護(hù)成本;對(duì)于高純度氮?dú)獾纳a(chǎn),可能需要多級(jí)吸附或增加純化設(shè)備。
膜空分法:
工作原理:空氣經(jīng)壓縮機(jī)壓縮過(guò)濾后進(jìn)入高分子膜過(guò)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。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(guò)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)?、一氧化碳和氬氣等氣體則被滯留在膜的另一側(cè)被富集,從而達(dá)到混合氣體分離的目的。
特點(diǎn):
優(yōu)點(diǎn):設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,體積小,便于安裝和維護(hù);無(wú)切換閥門,運(yùn)行可靠,維護(hù)量少;產(chǎn)氣快,一般在 3 分鐘以內(nèi)即可獲得氮?dú)?;可根?jù)需要靈活調(diào)整氮?dú)獾漠a(chǎn)量和純度。
缺點(diǎn):氮?dú)饧兌认鄬?duì)較低,一般在 98% 以下;當(dāng)?shù)獨(dú)饧兌纫笤?98% 以上時(shí),與相同規(guī)格的 PSA 制氮機(jī)相比價(jià)格要高出 15% 以上。