?化工制氮機主要有三種類型: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:
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深冷空分法:
工作原理: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不同(在 1 大氣壓下,前者的沸點為 - 183℃,后者的為 - 196℃),通過液空的精餾,使它們分離來獲得氮氣。
特點:
優(yōu)點:能夠生產(chǎn)高純度的氮氣,純度可高達(dá) 99.999% 以上;可同時生產(chǎn)液氮,滿足對液氮有需求的工藝;設(shè)備運行穩(wěn)定,技術(shù)成熟可靠,適合大規(guī)模工業(yè)制氮。
缺點:設(shè)備復(fù)雜、占地面積大,基建費用較高,設(shè)備一次性投資較多;運行成本較高,因為需要消耗大量的能量來維持低溫環(huán)境;產(chǎn)氣慢,通常需要 12 至 24 小時才能產(chǎn)出合格的氮氣;安裝要求高、周期較長。
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氣。空氣經(jīng)過壓縮、凈化后進(jìn)入吸附塔,在吸附塔中,碳分子篩對空氣中的氧和氮進(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。通過控制吸附和解吸的時間和壓力變化,將氧和氮分離,從而獲得高純度的氮氣。通常采用兩吸附塔并聯(lián)的方式,由進(jìn)口 PLC 控制進(jìn)口氣動閥自動運行,交替進(jìn)行加壓吸附和解壓再生。
特點:
優(yōu)點:工藝流程簡單,自動化程度高,操作方便;產(chǎn)氣快,一般 15 至 30 分鐘即可提供合格的氮氣;能耗低,以空氣為原料,能耗僅為空壓機所消耗的電能,運行成本較低;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,可根據(jù)不同的用氣量和純度要求進(jìn)行設(shè)計和安裝。
缺點:碳分子篩需要定期更換,增加了維護(hù)成本;對于高純度氮氣的生產(chǎn),可能需要多級吸附或增加純化設(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,在膜的滲透側(cè)被富集,而滲透速率相對較慢的氣體,如甲烷、氮氣、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:
優(yōu)點:設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單,體積小,便于安裝和維護(hù);無切換閥門,運行可靠,維護(hù)量少;產(chǎn)氣快,一般在 3 分鐘以內(nèi)即可獲得氮氣;可根據(jù)需要靈活調(diào)整氮氣的產(chǎn)量和純度。
缺點:氮氣純度相對較低,一般在 98% 以下;當(dāng)?shù)獨饧兌纫笤?98% 以上時,與相同規(guī)格的 PSA 制氮機相比價格要高出 15% 以上。