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淺析高純氮氣發(fā)生器的三種工作原理
氮氣是z常用的惰性氣體，價格低廉，易制無毒，在實驗室中常用做色譜載氣、吹掃、保護等。實驗室的氮氣來源主要有三種，一是鋼瓶氣，二是管道氣，三是氮氣發(fā)生器。鋼瓶氣氣體質(zhì)量高，但鋼瓶屬于壓力容器，運輸和保存需要一定的資質(zhì)，偏遠地區(qū)更換麻煩，費用高;管道氣為大規(guī)模制氮，統(tǒng)一調(diào)度使用，適合大型工廠或用氣單位集中的工業(yè)園區(qū)，用氣量大建設費用高;高純氮氣發(fā)生器為現(xiàn)場制氮，多為小型氣站或者實驗室儀器或小型生產(chǎn)線單*對一配套，使用靈活費用可控，對運輸和保存沒有特殊要求，為越來越多的實驗室用戶選擇。
高純氮氣發(fā)生器按原理分為三種，現(xiàn)簡單介紹如下，供各位用戶參考：
1、電化學法制氮。在氫氣電解池的陰極(產(chǎn)氫氣一側)通入高壓空氣，在催化劑作用下，氫氣和氧氣形成微觀燃料電池，完成氧化還原反應生產(chǎn)水，宏觀上表現(xiàn)即為空氣中的氧氣被除去，剩余氮氣。這種方法可以產(chǎn)出z高99.995%的氮氣，但有幾個明顯的缺陷：一需用到高濃度氫氧化鉀溶液做電解液，這種強堿溶液與氣體直接接觸，對氣體質(zhì)量有潛在影響，并有隨氣路輸出的可能性;二單位成本高，標稱產(chǎn)氮300ml/min，實際穩(wěn)定使用150ml/min，不適合做大流量氮氣發(fā)生器;三反應過程只去除了空氣中的氧氣，其它雜質(zhì)氣體并沒有涉及，并且反應過程對電解池制作技術要求很高，不合適的電解池制作技術會造成氮氣純度數(shù)量級的降低。
2、膜分離制氮。高壓空氣通過中空纖維膜組件，氮氣分子和氧氣分子的擴散速度差別積累，在膜組件輸出端形成高純度的氮氣，z終形成的產(chǎn)品氣純度z高可達99%，氣體流量>5000ml/min，并且可以累加使用，不影響產(chǎn)品質(zhì)量，在不考慮其它限制條件的情況下，氣體裝置可以無限擴充。這種制氮方法膜分離制氮在工業(yè)上有不少的應用，在實驗室主要用于對氣體純度要求不特別高的吹掃、保護、對氧氣的置換等。這類發(fā)生器的主要優(yōu)點是流量大，實驗室級別產(chǎn)品一般在50L/min上下，并可隨意擴充，同時壽命長，膜組件作為核心部件，在空氣源穩(wěn)定的情況下，壽命可達10年，且維護成本極低;缺點是氮氣純度不能達到高純級，膜組件目前均為進口，國內(nèi)不能提供，成本較高，儀器價格也相對高。
3、PSA變壓吸附制氮。利用氮氣與其它氣體分子在分子篩中的吸附能力差異，形成濃度差異的積累，在分子篩柱末端產(chǎn)出高純度氮氣。同時利用兩根分子篩柱，一根吸附的同時引出一部分產(chǎn)品氣為另一根解析，實現(xiàn)分子篩在線再生，整體表現(xiàn)即為儀器持續(xù)輸出高純氮氣。