机械制造转运背景技术(制氮机的工艺流程及应用介绍)

引言

氮气在各种工业和实验室应用中扮演着重要角色。用于从空气中分离氮气等成分。它通过压缩空气，并利用不同分子的吸附特性实现气体的分离。制氮机在现场直接生成氮气，避免了传统的气瓶储存和处理需求。制氮机主要有几种类型：PSA制氮机、膜式制氮机和深冷制氮机。

PSA制氮机设备PSA制氮机工艺流程

PSA制氮机是应用压力摆动吸附技术的一种气体分离设备,主要用于从空气中分离出氮气。其工艺流程有三个步骤：

第一个：空气压缩及净化。使用压缩机将空气压缩，并经过过滤器去除杂质和水分。

第二个：氧氮分离。利用专用碳分子筛的吸附塔，通过交替进行吸附和再生，分离空气中的氧气和氮气。

第三个：氮气输出。纯净的氮气从吸附塔中流出，达到所需纯度后供应使用。

制氮机的工作流程是由可编程控制器控制十个二位五通先导电磁阀，再由电磁阀分别控制十个气动管道阀的开、闭来完成的。十个二位五通先导电磁阀分别控制左吸、均压、右吸状态。

它的工作原理是利用不同气体分子在专用碳分子筛材料上的吸附差异。PSA制氮机的工艺流程首先需要将空气进行压缩。空气经过压缩机压缩后,会进入过滤系统对压缩空气进行净化处理,以去除空气中的尘埃、油污和水分等杂质。经过滤的压缩空气然后进入填充有专用碳分子筛的吸附塔。当压缩空气流经碳分子筛层时,氧气和其他气体分子会被分子筛所吸附,而氮气分子则不易被吸附,能够顺利通过分子筛,从吸附塔的出口端排出,得到高纯度的氮气产品。在一段时间的吸附作用后,分子筛会逐渐饱和。这时需要停止向该吸附塔输入空气,对其进行排空、吹扫,再进行加热落压等再生处理,以脱附筛子上的氧气、二氧化碳和水分,恢复筛子的吸附性能。PSA制氮机通常设置有两个或多个吸附塔,可以交替进行吸附和再生,从而实现氮气的连续不间断生产。经过一系列的压缩、净化、分离、再生工艺,PSA制氮机可以提供纯度高、流量稳定的现场氮气给用户。

PSA制氮机工艺优点

变压吸附制氮技术由空压机、压缩空气预处理系统和变压吸附塔三个部分组成。它在小型和中型工业氮气生产中显示出独特优势,但在大规模应用中利弊仍有待考量。低廉的设备价格使变压吸附制氮技术特别适合中小规模的工业氮气生产。相比新型膜分离等高档技术,变压吸附设备的购置和运营成本更低。这降低了中小工业用户的设备投资门槛,他们更容易获得满足自身产能需求的氮气生产线。初期投资成本的优势,使变压吸附技术在这一领域具备广阔的应用前景。此外,运作过程中的能耗表现在小型和中型设备上也较为突出,通过精心控制吸附塔内的压力参数,可以使氮气分离过程长期在最佳工作状态下运行,从而实现较高的能效比。这一特性降低了运行成本,提升了经济效益,更受成本敏感的中小用户欢迎。然而,当进入大规模高产能的领域时,变压吸附技术的优势并不明显。大型工业氮气生产更依赖于规模效应来降低单位产品成本。在产量和纯度要求较高的场合,变压吸附制氮的综合能耗和经济效益仍有待观察，其最佳应用规模还有待实践检验。

变压吸附技术以其成本优势在小中规模氮气生产中具备广阔前景,但随规模增大,其优势还有待论证。最佳应用规模的确定,还需要根据具体情况来综合判断。

深冷制氮机设备深冷制氮机工艺流程

深冷制氮机是通过低温空气分离过程来实现氮气提取的一种设备。它利用低温条件下气体组分的相对挥发性差异,使空气中的氮气与氧气等组分实现分离。

其工艺流程有三个步骤：

第一个：空气压缩及净化。空气经过过滤器和干燥净化器，去除水分、二氧化碳等杂质，然后通过压缩机压缩。

第二个：在空分塔中，通过冷却、精馏等过程将空气分离，产生纯净的液氮。

第三个：液氮通过汽化器被加热后，转变为气态氮气，供应给用户使用。

深冷制氮机的工艺流程首先需要压缩空气并进行净化。空气经过过滤器去除颗粒杂质,再经干燥净化塔除去空气中的水分、二氧化碳等组分。净化后的空气被压缩机进一步压缩到所需压力后,送入后续的空分区。在空分区,空气流经热交换器进行预冷却,然后再经过EXPANDER膨胀机等进一步降温。低温条件使空气中的部分组分如氧气和氩气等液化。这些液化气体与未凝结的氮气气体朝不同方向流入分离塔的不同部位。在精馏塔内部,液氧等通过汽化冷却为精馏过程提供冷量,最终从塔顶收集出纯净的氮气产品。氮气产品以液态形式输出,需要进入汽化器汽化成气体后,经输配系统提供给用户使用。经过深冷分离的制氮工艺,可以生产出纯度极高的液氮和气态氮气产品。

深冷制氮机设备的优点

深冷制氮技术制取的氮气纯度非常高,这也是其最大的优势所在。通过在接近绝对零度的低温环境下,利用空气组分间沸点差异的原理,进行精密的低温蒸馏分离,深冷制氮可以生产出99.999%以上的高纯氮气产品。这满足了对氮气质量要求极高的用氮场合的需求。与此同时,深冷制氮过程中也可以获得液氧和液氮等可贵的副产品。但是,深冷制氮也存在自身的局限性。其设备投资和运行成本较高,不太适合小流量的用氮场合。深冷制氮更多应用于大流量、对产品纯度要求极高的大型工业用氮项目中。此外,深冷制氮系统组件繁多、运行参数复杂、能耗较大,这也增加了运营难度和成本。

深冷制氮技术凭借其独特的高纯度氮气分离优势,在大规模的高端用氮领域拥有广阔的应用前景。但考虑到其自身的局限性,用户需要充分评估自身的用氮需求和经济效益,才能确定深冷制氮在具体项目中的适用性。技术应用的合理性对项目的成功至关重要。

膜制氮机设备膜制氮机工艺流程

膜制氮机是利用高分子膜的选择性渗透特征来实现气体分离的装置。其工艺流程有两个步骤：

第一个：膜分离。气体通过高分子膜，利用不同气体在膜上的渗透速率不同，实现氮气和其他气体的分离。

第二个：氮气输出。纯净的氮气通过膜分离后供应使用。

在膜制氮机的工艺流程中,先由压缩机将空气压缩至一定压力,然后进入膜组件中。膜组件包含许多独立的空心纤维膜管,空气从管外表面流过。在压力差的驱动下,氮气分子渗透膜管表面进入管内,而氧气等其他气体分子渗透速率较慢,不能有效透过该膜,因此管内气体富集氮气组分。经过膜的分离,管内气体即为富氮产品气。

膜出口端的纯净氮气直接经管路输送给用户使用。整个工艺简单,不需要额外的热力输入,也无需进行吸附材料的再生,是一种效率较高的气体分离方法。选用合适的膜材料,可以获得不同纯度规格的氮气产品。

膜制氮机优点

膜分离技术在工业氮气生产中显示出巨大应用潜力,具有独特的优势,也存在一定的局限性。膜制氮设备体积较小轻便,这使它特别适合制作移动式氮气生产装置。传统的大型制氮设备往往需要固定安装,缺乏灵活性。而膜制氮设备却可以打破这一限制,它采用模块化设计,体积较小,可以方便地运输和搬运,快速达到工厂现场进行就地生产氮气。这类移动式膜制氮装置为许多临时性或紧急用氮场合提供了氮气供给的可能。膜制氮工艺可以快速达产,生产速度快是它的一大特点。它利用膜的分离原理,通过精确控制气流压力,可以在很短的时间内快速稳定输出90%以上纯度的氮气,满足工业客户的需求。而传统方法往往需要较长的启动和调试时间。但是,膜制氮设备的高价格也限制了它的应用范围,这是需要考虑的现实问题。对于一些成本敏感的用户而言,价格仍是选择制氮设备的重要因素。此外,膜法制氮气的最高纯度也只能达到99.9%,对极端苛刻的高纯应用仍有短板。

膜分离技术为工业氮气生产打开了新的视野。它具有独特的优势,尤其适合需要快速获得高纯氮气的应用场合。随着技术进步和市场推广,膜法制氮设备很可能成为工业氮气生产的重要选择之一。

制氮机的应用

作为一种可靠高效的氮气生产设备,制氮机目前已经在诸多领域得到了广泛的应用。它提供的纯净稳定的氮气流可应用于工业生产中气氛控制和工艺保护,也是实验室精确检测不可或缺的气源,在医药生产和食品加工中发挥着独特的保护作用,以及帮助调节和优化化学反应条件。在日常生产和生活场景中,制氮机产生的氮气无处不在,它像一个默默守护者,使许多工业过程更安全可靠,产品质量更出色。

工业应用：用于氮气保护焊接、气动传动、气调包装等。

在各种工业制造过程中,制氮机提供的氮气都是一种非常有效的保护气体。像是焊接时,氮气可形成一个保护层,防止金属敞口处遭受空气氧化;电镀和热处理工序也都需要浸泡在氮气环境中,让工件表面免受氧化腐蚀。对于精密机械设备,轻轻一吹氮气就可形成防尘防污的气体屏障,有效减少灰尘微粒对精密部件的污染。在一些危险环境中,用氮气驱动的气动工具更加安全可靠,不像电动工具会产生火花。制氮机产出的氮气还可取代一些大型设备中的液压系统,提供简单高效的气动传动。我们吃的方便面、喝的果汁,许多都借助食品级的纯氮气来实现气调包装,通过氮气调节产品内部气体成分,达到更好的保鲜和延长有效期的目的。在在进行气相色谱或质谱分析时,高纯氮气更是不可或缺,它将提高检测灵敏度,使结果更加准确可靠。

实验室应用：提供高纯度氮气用于实验、仪器分析等。

在科教检测领域,制氮机可大量提供超高纯度的氮气,这对实验室的精细分析、细菌培养和仪器测量至关重要,可以减少气体杂质对测试结果的干扰,保证实验和检测的准确性。高品质氮气也是保存实验室样本和文物的最佳选择。在实验室里,制氮机运行,从管道向各个角落输送出纯净的氮气。白大褂研究人员接种菌种,精准测量肥料用量,然后放入充盈氮气的培养箱,将给细菌最适宜的生长环境。在仪器室内,色谱仪发出均匀的声响,正在进行高灵敏度的气体检测。稳定的氮气为其提供了精准的基线参考。再或者，考古工作者挖出了古代陶器,小心用氮气吹扫表面灰尘,避免可能的氧化侵蚀......无论是细菌培育,还是文物保护,实验室各处都鲜活展现出高纯氮气的“无声”力量,让实验员得以放心进行精密研究和检测。

制药行业：用于制造药品时的惰性气氛保护。

在无菌的药品生产车间里,制氮机轻声呼吸,持续输送出洁净的氮气。药剂师手中的每一粒原料,都在这氮气的庇护下精准配比。混合溶液缓缓注入反应釜,釜内氮气氛围将切断一切外部氧气接触,保证反应的纯净。等到反应完毕,制剂师小心将新合成的药品转移到烘干间,这里同样充满了氮气,温和地包裹住每一粒成品。在转运和包装的整个过程中,洁净惰性的氮气氛围如同一个无形守护屏障,让药物远离外来污染和氧化。终于,这批纯净的药品安全送达药房,将带来疗效最大化和副作用最小化的治疗结果。无数患者康复背后都有氮气功不可没的守护。

食品行业：用于食品储存和包装过程中的保鲜。

在食品加工车间里,一袋袋食品从自动包装机滑下,落入充满氮气的密封箱中。制氮机提供的这些食品级氮气,将在包装内部形成稳定的保护层,有效抑制细菌繁殖和食品腐败。当这些方便面运抵超市,店员一撕开外包装,一股氮气“呼”地冒了出来,证明内里食品的新鲜完好。而在家里,当我们开启一瓶果汁时,“咝”的一声同样显示包装中的氮气已经完美地维护了食品。纯净氮气让食品保质期更长,口感更佳，每一口新鲜美味的食物背后都有制氮机的功劳。

化工领域:用于控制反应过程中的气氛组成。

在现代化工车间里,巨大的反应釜静静运行,釜内各种化学物质正在发生复杂的转化反应。制氮机来回往复,为反应釜精准注入不同比例的氮气。反应器中的气氛组成因此而变化,反应途径和效果也随之调节。在一些反应中,氮气的存在将抑制副反应的发生,使产率更高;而另一些反应,氮气的加入则可减缓反应过快的速率,有利于得到更高纯度的产品。对一些有机物来说,氮气还可避免其与空气中氧气反应引发的安全事故。可见,在反应釜这张“化学棋盘”上,氮气就像一名灵活调度的“管家”,让反应按照人们期望的方式平稳进行,输出更多优质产品。

结论

制氮机就像一个勤劳的“气体规划师”,它通过各种智能的物理分离法,从繁杂的空气中筛选出纯净的氮气分子。压缩、过滤、吸附、冷却、膜渗透......它运用着各种技艺,只为从空气里提取出这无色无味的“黄金气体”。如今,制氮机产出的稳定氮气流已成为诸多行业的“空气之血”,提供着安全可靠的气体来源。在焊接车间,它守护金属不受氧化侵蚀;在实验台前,它确保检测和分析的精准可靠;在药剂师的釜前,它让药物免受外界污染......它就像一个不起眼的“小工匠”,用自己的专业技能支持着产业链上的巨人们。这项成熟的气体分离技术已经成为现代工业社会不可或缺的一员。未来,我们有理由相信,随着社会发展,制氮机必将继续发挥更大的作用,像一束聚焦的光,持续为人类生产生活提供高质量的氮气保障。