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氮氣發(fā)生器的原理小敘

來源:上海色譜儀器有限公司   2020年01月03日 09:24  
  氮氣發(fā)生器是一套能提取氮氣的設備,它主要應用領域為:航空航天、核電核能、食品醫(yī)藥、石油化工、電子工業(yè)、材料工業(yè)、防軍工和科學實驗等領域。為便于大家了解現(xiàn)狀,下面我來介紹幾種應用于氣相色譜分析實驗的氮氣發(fā)生器原理,僅供大家參考。
 
  1、電化學法制氮;
 
  2、采用中空纖維膜分離法;
 
  3、PSA變壓吸附制氮。
 
  1.電化學法制氮(需“加液”)
 
  采用電化學法制氮的發(fā)生器可以制取純氮、氧氣等氣體。它利用恒定電位電解法,采用微孔膜(例如石棉膜)作為兩電極的分隔板,多孔氣體擴散型氧電極為陰極,鎳網(wǎng)為陽極,且電極安裝是采用硬支撐結構。該發(fā)生器可在氮、氧氣室壓差(1MPa)下穩(wěn)定工作,可避免陰極氫析出,保證產生氣體的純度氮。具體制取氮氣的方法是以空氣為原料將氣體送入有電解液的電解槽,在兩電極間加上電壓≤1.5V的直流電,此時在槽內空氣中氧氣被吸收而獲得氮氣。其電解液采用“強制循環(huán)方式”,由電磁泵帶動電解液在液路中循環(huán),提高了電解效率。
 
  這種方法可以產出高達99.995%的氮氣,但有幾個明顯的缺陷:其一,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,對氣體質量有潛在影響,并有隨氣路輸出的可能性;其二,單位成本高,不適合做大流量氮氣發(fā)生器;其三,反應過程只去除了空氣中的氧氣,其它雜質氣體并沒有涉及,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。但是,這類氮氣發(fā)生器作為一種小流量氮氣來源,常被用于色譜載氣和小容量保護,總費用不過幾千元,是一種低成本的解決方案。
 
  2.采用中空纖維膜法(無需“加液”)
 
  兩種或兩種以上的氣體混合通過高分子膜時,由于各種氣體在膜中的溶解度和擴散系數(shù)的差異,導致不同氣體在膜中相對滲透速率有所不同。根據(jù)這一特性,可將氣體分為“快氣”和“慢氣”。
 
  當混合氣體在驅動力——膜兩側壓差的作用下,滲透速率相對較快的氣體和水、氧、二氧化碳等透過膜后在膜滲透側被富集,而滲透速率相對較慢的氣體如氮氣、一氧化碳、氬氣等則在滯留側被富集,從而達到混合氣體分離之目的。
 
  當以加壓凈化空氣為氣源時,氮氣等惰性氣體被富集成高純度供生產應用,由滲透側排空的為富氧空氣。氮膜系統(tǒng)可將廉價的空氣中氮從78%提高到95%以上,高達可得到99.9%的純氮。
 
  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,同時壽命長,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,國內不能提供,成本較高,儀器價格也相對高。
 
  3.PSA變壓吸附制氮(無需“加液”)
 
  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。
 
  這類發(fā)生器可根據(jù)需要,調節(jié)氮氣的純度和流量,高達可生產99.999%的氮氣產品,流量可從幾百毫升到幾十升到幾立方每分鐘,純度大小配置靈活,可根據(jù)每個需求具體定制,適用于各種氣相色譜檢測器。
 
  如上所述,采用PSA變壓吸附制氮技術的氮氣發(fā)生器優(yōu)于采用電化學分離法和物理吸附法以及中空纖維膜法的氮氣發(fā)生器。它可以應用于國內外各種不同類型的氣相色譜儀用作載氣,是一款性能優(yōu)良,維護方便的新一代氮氣發(fā)生器。

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