一、基礎(chǔ)知識。
1.氣體知識氮氣作為空氣中最豐富的氣體，取之不盡，用之不竭。它無色、無味、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，高純度氮氣經(jīng)常被用作保護氣體?？諝庵械?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，從而分離氮氣的自動化設(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O2和N2的分離作用是基于這兩種氣體動力學(xué)直徑的微小差異。O2分子的動力學(xué)直徑較小，因此在碳分子篩微孔中擴散速度較快，而N2分子的動力學(xué)直徑較大，因此擴散速度較慢。水和CO2在壓縮空氣中的擴散與氧氣相似，而氬氣的擴散較慢。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增加O2和N2的吸附量，O2的吸附量會增加更多。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擴散速率的差異使得O2的吸附量在短時間內(nèi)大大超過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)，使壓縮空氣交替進入吸附塔(也可單塔完成)實現(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:變壓吸附制氮機示意圖基本工藝流程空氣經(jīng)空氣壓縮機壓縮、除塵、脫脂、干燥后進入儲氣罐，通過進氣閥和左吸氣閥進入左吸附塔。塔壓上升，壓縮空氣中的氧分子被碳分子篩吸附。未被吸附的氮氣通過吸附床，通過左吸入閥和制氮閥進入儲氮罐。這個過程叫做左吸，持續(xù)時間是幾個。左吸過程結(jié)束后，左吸附塔和右吸附塔通過上下均壓閥連通，使兩塔壓力均衡。這個過程叫做壓力均衡，持續(xù)2~3秒。壓力均衡后，壓縮空氣通過進氣閥和右吸氣閥進入右吸附塔，壓縮空氣中的氧分子被碳分子篩吸附，富集的氮氣通過右吸氣閥和制氮閥進入氮氣儲罐。這個過程叫做右吸，持續(xù)幾十秒。同時，左側(cè)吸附塔中的碳分子篩吸附的氧氣通過左側(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，右塔同時解吸。為了將分子篩降壓釋放的氧氣排入大氣，氮氣通過常開反洗閥吹脫吸附塔，將塔內(nèi)氧氣吹出吸附塔。這一過程稱為反沖洗，與解吸同時進行。右吸后，進入均壓過程，然后切換到左吸過程，繼續(xù)循環(huán)。制氮機的工作流程由可編程控制器控制三個二位五通先導(dǎo)電磁閥，再由電磁閥分別控制八個氣動管道閥門的開啟和關(guān)閉來完成。三個兩位五通先導(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間流量已存儲在可編程控制器中。在斷電狀態(tài)下，三個二位五通先導(dǎo)電磁閥的先導(dǎo)氣體連接到氣動管道閥的關(guān)閉口。當(dāng)過程處于左吸狀態(tài)時，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口處，使這三個閥門打開，完成左吸過程并在右吸附塔中解吸。當(dāng)過程處于均壓狀態(tài)時，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口，從而打開兩個閥并完成均壓過程。當(dāng)過程處于右吸狀態(tài)時，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)閥和左排氣閥的開口處，使這三個閥打開，完成右吸過程并在左吸附塔中解吸。在每個過程中，除了應(yīng)該打開的閥門外，所有閥門都應(yīng)該關(guān)閉。
