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氮气发生器的三大原理讲解

浏览次数:118发布日期:2020-11-11

  氮气发生器的工作原理分为三种,1.电化学法制氮;2.膜分离制氮;3.PSA变压吸附制氮,下面为大家仔细讲解下:

  1.电化学法制氮

  在氢气电解池的阴极(产氢气一侧)通入高压空气,在催化剂作用下,氢气和氧气形成微观燃料电池,完成氧化还原反应生产水,宏观上表现即为空气中的氧气被除去,剩余氮气。这种方法可以产出高99.995%的氮气,但有几个明显的缺陷:一需用到高浓度氢氧化钾溶液做电解液,这种强碱溶液与气体直接接触,对气体质量有潜在影响,并有随气路输出的可能性;二单位成本高;三反应过程只去除了空气中的氧气,其它杂质气体并没有涉及,并且反应过程对电解池制作技术要求很高,不合适的电解池制作技术会造成氮气纯度数量级的降低。这类氮气发生器作为一种小流量氮气来源,总费用不过几千元,常被用于色谱载气和小容量保护,是一种低成本的解决方案。

  2.膜分离制氮

  高压空气通过中空纤维膜组件,氮气分子和氧气分子的扩散速度差别积累,在膜组件输出端形成高纯度的氮气,形成的产品气纯度高可达99%,气体流量>5000ml/min,并且可以累加使用,不影响产品质量,在不考虑其它限制条件的情况下,气体装置可以无限扩充。这种制氮方法膜分离制氮在工业上有不少的应用,在实验室主要用于对气体纯度要求不特别高的吹扫、保护、对氧气的置换等。

  这类发生器的主要优点是流量大,实验室级别产品一般在50L/min上下,并可随意扩充,同时寿命长,膜组件作为核心部件,在空气源稳定的情况下,寿命可达10年,且维护成本极低;缺点是氮气纯度不能达到高纯级,膜组件目前均为进口,国内不能提供,成本较高,仪器价格也相对高。

  3.PSA变压吸附制氮

  利用氮气与其它气体分子在分子筛中的吸附能力差异,形成浓度差异的积累,在分子筛柱末端产出高纯度氮气。同时利用两根分子筛柱,一根吸附的同时引出一部分产品气为另一根解析,实现分子筛在线再生,整体表现即为仪器持续输出高纯氮气。

  这类发生器可根据需要,调节氮气的纯度和流量,高可生产99.999%的氮气产品,流量可从几百毫升到几十升到几立方每分钟,纯度大小配置灵活,可根据每个需求具体定制,技术难点主要是分子筛柱填装技术,分子筛填装不好,会造成分子筛在气体高低压频繁变化中互相摩擦碰撞粉化,微孔数量减少,分子筛性能急剧降低。

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