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制氮機(jī)，是指以空氣為原料，利用物理方法將其中的氧和氮分離而獲得氮?dú)獾脑O(shè)備。根據(jù)分類方法的不同，即深冷空分法、分子篩空分法(PSA)和膜空分法。
1. 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(kāi)來(lái)。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(kāi)來(lái)，也就是說(shuō)，吸附和解吸是靠壓力差來(lái)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(guò)控制吸附時(shí)間來(lái)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(lái)得及吸附，就停止了吸附過(guò)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)。
2. 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足工藝裝置對(duì)氮?dú)獾男枨蟆Ｉ罾渲频倪\(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)?，無(wú)備用手段，單套設(shè)備不能保證連續(xù)長(zhǎng)周期運(yùn)行。
3. 膜空分制氮原理
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。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(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側(cè)被富集，從而達(dá)到混合氣體分離的目的。
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