一、基礎(chǔ)知識(shí)。
1.氣體知識(shí)氮?dú)庾鳛榭諝庵凶钬S富的氣體，取之不盡，用之不竭。它無(wú)色、無(wú)味、透明，屬于亞惰性氣體，不維持生命。在隔絕氧氣或空氣的地方，高純度氮?dú)饨?jīng)常被用作保護(hù)氣體。空氣中氮(N2)的含量為78.084%(空氣中各種氣體的體積組成為:N2: 78.084%，O2: 20.9476%，氬:0.9364%，CO2: 0.0314%，其他為H2、CH4、N2O、O3、SO2、NO2等。，但是。2.壓力知識(shí)變壓吸附制氮工藝是壓力吸附和常壓解吸，因此必須使用壓縮空氣。碳分子篩的最佳吸附壓力為0.75~0.9MPa，整個(gè)制氮系統(tǒng)中的氣體處于壓力下，具有沖擊能量。
二.變壓吸附制氮工作原理:變壓吸附制氮機(jī)是以碳分子篩為吸附劑，利用壓力吸附和減壓解吸原理，從空氣中吸收和釋放氧氣，從而分離氮?dú)獾淖詣?dòng)化設(shè)備。碳分子篩是以煤為主要原料，經(jīng)研磨、氧化、成型、炭化而成的一種表面和內(nèi)部均有微孔的圓柱形顆粒狀吸附劑。其孔徑分布如下圖所示:碳分子篩的孔徑分布特性使其能夠?qū)崿F(xiàn)O2和N2的動(dòng)態(tài)分離。這樣的孔徑分布可以使不同的氣體以不同的速率擴(kuò)散到分子篩的微孔中，而不排斥混合氣體(空氣)中的任何氣體。碳分子篩對(duì)O2和N2的分離作用是基于這兩種氣體動(dòng)力學(xué)直徑的微小差異。O2分子的動(dòng)力學(xué)直徑較小，因此在碳分子篩微孔中擴(kuò)散速度較快，而N2分子的動(dòng)力學(xué)直徑較大，因此擴(kuò)散速度較慢。水和CO2在壓縮空氣中的擴(kuò)散與氧氣相似，而氬氣的擴(kuò)散較慢。N2和氬的氣體混合物最終從吸附塔中富集。碳分子篩在O2和N2上的吸附特性可以用平衡吸附曲線和動(dòng)態(tài)吸附曲線直觀地表示。從這兩條吸附曲線可以看出，吸附壓力的增加可以同時(shí)增加O2和N2的吸附量，O2的吸附量會(huì)增加更多。變壓吸附周期短，O2和N2的吸附量遠(yuǎn)未達(dá)到平衡(最大值)，因此O2和N2擴(kuò)散速率的差異使得O2的吸附量在短時(shí)間內(nèi)大大超過(guò)N2。變壓吸附制氮利用碳分子篩的選擇性吸附特性，采用加壓吸附和減壓解吸的循環(huán)，使壓縮空氣交替進(jìn)入吸附塔(也可單塔完成)實(shí)現(xiàn)空氣分離，從而連續(xù)生產(chǎn)高純度的產(chǎn)品氮。
三.變壓吸附制氮基本工藝流程:變壓吸附制氮機(jī)示意圖基本工藝流程空氣經(jīng)空氣壓縮機(jī)壓縮、除塵、脫脂、干燥后進(jìn)入儲(chǔ)氣罐，通過(guò)進(jìn)氣閥和左吸氣閥進(jìn)入左吸附塔。塔壓上升，壓縮空氣中的氧分子被碳分子篩吸附。未被吸附的氮?dú)馔ㄟ^(guò)吸附床，通過(guò)左吸入閥和制氮閥進(jìn)入儲(chǔ)氮罐。這個(gè)過(guò)程叫做左吸，持續(xù)時(shí)間是幾個(gè)。左吸過(guò)程結(jié)束后，左吸附塔和右吸附塔通過(guò)上下均壓閥連通，使兩塔壓力均衡。這個(gè)過(guò)程叫做壓力均衡，持續(xù)2~3秒。壓力均衡后，壓縮空氣通過(guò)進(jìn)氣閥和右吸氣閥進(jìn)入右吸附塔，壓縮空氣中的氧分子被碳分子篩吸附，富集的氮?dú)馔ㄟ^(guò)右吸氣閥和制氮閥進(jìn)入氮?dú)鈨?chǔ)罐。這個(gè)過(guò)程叫做右吸，持續(xù)幾十秒。同時(shí)，左側(cè)吸附塔中的碳分子篩吸附的氧氣通過(guò)左側(cè)排氣閥減壓釋放回大氣中，稱為脫附。相反，當(dāng)左塔吸附時(shí)，右塔同時(shí)解吸。為了將分子篩降壓釋放的氧氣排入大氣，氮?dú)馔ㄟ^(guò)常開(kāi)反洗閥吹脫吸附塔，將塔內(nèi)氧氣吹出吸附塔。這一過(guò)程稱為反沖洗，與解吸同時(shí)進(jìn)行。右吸后，進(jìn)入均壓過(guò)程，然后切換到左吸過(guò)程，繼續(xù)循環(huán)。制氮機(jī)的工作流程由可編程控制器控制三個(gè)二位五通先導(dǎo)電磁閥，再由電磁閥分別控制八個(gè)氣動(dòng)管道閥門的開(kāi)啟和關(guān)閉來(lái)完成。三個(gè)兩位五通先導(dǎo)電磁閥分別控制左吸、均壓、右吸的狀態(tài)。左吸氣、壓力均衡和右吸氣的時(shí)間流量已存儲(chǔ)在可編程控制器中。在斷電狀態(tài)下，三個(gè)二位五通先導(dǎo)電磁閥的先導(dǎo)氣體連接到氣動(dòng)管道閥的關(guān)閉口。當(dāng)過(guò)程處于左吸狀態(tài)時(shí)，控制左吸的電磁閥通電，先導(dǎo)氣體連接到左吸氣閥、左吸氣閥和右排氣閥的開(kāi)口處，使這三個(gè)閥門打開(kāi)，完成左吸過(guò)程并在右吸附塔中解吸。當(dāng)過(guò)程處于均壓狀態(tài)時(shí)，控制均壓的電磁閥通電，其他閥門關(guān)閉；先導(dǎo)氣體連接到上均壓閥和下均壓閥的開(kāi)口，從而打開(kāi)兩個(gè)閥并完成均壓過(guò)程。當(dāng)過(guò)程處于右吸狀態(tài)時(shí)，控制右吸的電磁閥通電，先導(dǎo)氣體連接到右吸閥、右吸生產(chǎn)閥和左排氣閥的開(kāi)口處，使這三個(gè)閥打開(kāi)，完成右吸過(guò)程并在左吸附塔中解吸。在每個(gè)過(guò)程中，除了應(yīng)該打開(kāi)的閥門外，所有閥門都應(yīng)該關(guān)閉。
