氮氣機是一種傳統的空分技術,已有九十余年的歷史,氮氣機的特點是產氣量大,產品氮純度高,無須再純化便可直接應用于磁性材料,但它工藝流程復雜,占地面積大,基建費用高,需專門的維修力量,操作人員較多,產氣慢(18~24h),它適宜于大規模工業制氮。
氮氣機制氮方法
深冷空分制氮設備
它是一種傳統的空分技術,已有九十余年的歷史,它的特點是產氣量大,產品氮純度高,無須再純化便可直接應用于磁性材料,但它工藝流程復雜,占地面積大,基建費用高,需專門的維修力量,操作人員較多,產氣慢(18~24h),它適宜于大規模工業制氮。
變壓吸附制氮設備
變壓吸附(PressureSwingAdsorption,簡稱PSA)氣體分離技術是非低溫氣體分離技術的重要分支,是人們長期來努力尋找比深冷法更簡單的空分方法的結果。七十年代西德埃森礦業公司成功開發了碳分子篩,為PSA空分制氮工業化鋪平了道路。三十年來該技術發展很快,技術日趨成熟,在中小型制氮領域已成為深冷空分的強有力的競爭對手。
變壓吸附制氮是以空氣為原料,用碳分子篩作吸附劑,利用碳分子篩對空氣中的氧和氮選擇吸附的特性,運用變壓吸附原理(加壓吸附,減壓解吸并使分子篩再生)而在常溫使氧和氮分離制取氮氣。
變壓吸附制氮與深冷空分制氮相比,具有顯著的特點:吸附分離是在常溫下進行,工藝簡單,設備緊湊,占地面積小,開停方便,啟動迅速,產氣快(一般在30min左右),能耗小,運行成本低,自動化程度高,操作維護方便,撬裝方便,無須專門基礎。所以變壓吸附制氮設備是目前應用最為廣泛的技術。
膜分離空分制氮設備
膜分離空分制氮也是非低溫制氮技術的新的分支,是80年代國外迅速發展起來的一種新的制氮方法,在國內推廣應用還是近幾年的事。
膜分離制氮是以空氣為原料,在一定的壓力下,利用氧和氮在中空纖維膜中的不同滲透速率來使氧、氮分離制取氮氣。它與上述兩種制氮方法相比,具有設備結構更簡單、體積更小、無切換閥門、操作維護也更為簡便、產氣更快(3min以內)、增容更方便等特點,但中空纖維膜對壓縮空氣清潔度要求更嚴,膜易老化而失效,難以修復,需要換新膜,它與同規格的變壓吸附制氮裝置相比,價格要高出30%左右,純度也相對較低。
工作原理
變壓吸附制氮氣機是根據變壓吸附原理,采用高品質的碳分子篩作為吸附劑,在一定的力學效應,氧在碳分子篩微孔中擴散速率遠大于氮,在吸附未達到平衡時,氮在氣相中被富集起來,形成成品氮氣。然后減壓至常壓,吸附劑脫附所吸附的氧氣等其它雜質,實現再生。一般在系統中設置兩個吸附塔,一塔吸附產氮,另一塔脫附再生,通過PLC程序自動控制,使兩塔交替循環工作,以實現連續生產高品質氮氣之目的。壓力下,經過凈化干燥的壓縮空氣,在吸附器中進行加壓吸附、減壓脫附。
氮氣機的應用
氮氣機的用途說明由于氮氣的化學惰性,常用作保護氣體。所以常用于糧食儲存,食品包裝,輪胎充氣等。用于食品包裝可防止食品氧化,霉變,從而延長了食品的保質期。用于輪胎的充氣可提高安全系數,增加舒適性,減少爆胎幾率。
1. 食品行業應用
多用于面包,蛋糕等易變質食品的包裝,將氮氣充入食品包裝袋內,讓食品處于氮氣包圍狀態,既不會導致食品在存放和運輸途中被擠壓變形,無氧狀態也會讓食品的保質期大大延長。汽車行業的應用1.提高輪胎行駛的穩定性和舒適性。氮氣幾乎為惰性的雙原子氣體,化學性質極不活潑,氣體分子比氧分子大,不易熱脹冷縮,變形幅度小,其滲透輪胎胎壁的速度比空氣慢約30~40%,能保持穩定胎壓,提高輪胎行駛的穩定性,保證駕駛的舒適性;氮氣的音頻傳導性低,相當于普通空氣的1/5,使用氮氣能有效減少輪胎的噪音,提高行駛的寧靜度。
2. 防止爆胎和缺氣碾行
爆胎是公路交通事故中的頭號殺手。據統計,在高速公路上有46%的交通事故是由于輪胎發生故障引起的,其中爆胎一項就占輪胎事故總量的70%。汽車行駛時,輪胎溫度會因與地面磨擦而升高,尤其在高速行駛及緊急剎車時,胎內氣體溫度會急速上升,胎壓驟增,所以會有爆胎的可能。而高溫導致輪胎橡膠老化,疲勞強度下降,胎面磨損劇烈,又是可能爆胎的重要因素。而與一般高壓空氣相比,高純度氮氣因為無氧且幾乎不含水份不含油,其熱膨脹系數低,熱傳導性低,升溫慢,降低了輪胎聚熱的速度,不可燃也不助燃等特性,所以可大大地減少爆胎的幾率。
3. 延長輪胎使用壽命
使用氮氣后,胎壓穩定體積變化小,大大降低了輪胎不規則磨擦的可能性,如冠磨、胎肩磨、偏磨,提高了輪胎的使用壽命;橡膠的老化是受空氣中的氧分子氧化所致,老化后其強度及彈性下降,且會有龜裂現象,這時造成輪胎使用壽命縮短的原因之一。氮氣分離裝置能極大限度地排除空氣中的氧氣、硫、油、水和其它雜質,有效降低了輪胎內襯層的氧化程度和橡膠被腐蝕的現象,不會腐蝕金屬輪輞,延長了輪胎的使用壽命,也極大程度減少輪輞生銹的狀況。
4. 減少油耗,保護環境。
輪胎胎壓的不足與受熱后滾動阻力的增加,會造成汽車行駛時的油耗增加;而氮氣除了可以維持穩定的胎壓,延緩胎壓降低之外,其干燥且不含油不含水,熱傳導性低,升溫慢的特性,減低了輪胎行走時溫度的升高,以及輪胎變形小抓地力提高等,降低了滾動阻力,從而達到減少油耗的目的。
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