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制氮機-河北制氮機

制氮機,是指以空氣為原料,利用物理方法將其中的氧和氮分離而獲得氮氣的設備。根據分類(lèi)方法的不同,即深冷空分法、分子篩空分法(PSA)和膜空分法,工業(yè)上應用的制氮機,可以分為三種。
制氮機是按變壓吸附技術(shù)設計、制造的氮氣制取設備。制氮機以?xún)?yōu)質(zhì)進(jìn)口碳分子篩(CMS)為吸附劑,采用常溫下變壓吸附原理(PSA)分離空氣制取高純度的氮氣。通常使用兩吸附塔并聯(lián),由進(jìn)口PLC控制進(jìn)口氣動(dòng)閥自動(dòng)運行,交替進(jìn)行加壓吸附和解壓再生,完成氮氧分離,獲得所需高純度的氮氣。

PSA變壓吸附制氮原理

碳分子篩可以同時(shí)吸附空氣中的氧和氮,其吸附量也隨著(zhù)壓力的升高而升高,而且在同一壓力下氧和氮的平衡吸附量無(wú)明顯的差異。因而,僅憑壓力的變化很難完成氧和氮的有效分離。如果進(jìn)一步考慮吸附速度的話(huà),就能將氧和氮的吸附特性有效地區分開(kāi)來(lái)。氧分子直徑比氮分子小,因而擴散速度比氮快數百倍,故碳分子篩吸附氧的速度也很快,吸附約1分鐘就達到90%以上;而此時(shí)氮的吸附量?jì)H有5%左右,所以此時(shí)吸附的大體上都是氧氣,而剩下的大體上都是氮氣。這樣,如果將吸附時(shí)間控制在1分鐘以?xún)鹊脑?huà),就可以將氧和氮初步分離開(kāi)來(lái),也就是說(shuō),吸附和解吸是靠壓力差來(lái)實(shí)現的,壓力升高時(shí)吸附,壓力下降時(shí)解吸。而區分氧和氮是靠?jì)烧弑晃降乃俣炔?,通過(guò)控制吸附時(shí)間來(lái)實(shí)現的,將時(shí)間控制的很短,氧已充分吸附,而氮還未來(lái)得及吸附,就停止了吸附過(guò)程。因而變壓吸附制氮要有壓力的變化,也要將時(shí)間控制在1分鐘以?xún)取?/div>

深冷空分制氮原理

分子篩制氮機工藝流程圖分子篩制氮機工藝流程圖
深冷制氮不僅可以生產(chǎn)氮氣而且可以生產(chǎn)液氮,滿(mǎn)足需要液氮的工藝要求,并且可在液氮貯槽內貯存,當出現氮氣間斷負荷或空分設備小修時(shí),貯槽內的液氮進(jìn)入汽化器被加熱后,送入產(chǎn)品氮氣管道滿(mǎn)意工藝裝置對氮氣的需求。深冷制氮的運轉周期(指兩次大加溫之間的間隔期)一般為1年以上,因此,深冷制氮一般不考慮備用。而變壓吸附制氮只能生產(chǎn)氮氣,無(wú)備用手段,單套設備不能保證連續長(cháng)周期運行。

膜空分制氮原理

空氣經(jīng)壓縮機壓縮過(guò)濾后進(jìn)入高分子膜過(guò)濾器,由于各種氣體在膜中溶解度和擴散系數不同,導致不同氣體在膜中相對滲透速率不同。根據這一特性,可將各種氣體分為“快氣”和“慢氣”。
當混合氣體在膜兩側壓力差的作用下,滲透速率相對快的氣體,如水、氫氣、氦氣、硫化氫、二氧化碳等透過(guò)膜后,在膜的滲透側被富集,而滲透速率相對較慢的氣體,如甲烷、氮氣、一氧化碳和氬氣等氣體則被滯留在膜的側被富集,從而達到混合氣體分離的目的。

主要分類(lèi)

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深冷空分制氮

深冷空分制氮是一種傳統的制氮方法,已有近幾十年的歷史。它是以空氣為原料,經(jīng)過(guò)壓縮、凈化,再利用熱交換使空氣液化成為液空。液空主要是液氧和液氮的混合物,利用液氧液氮的沸點(diǎn)不同(在1大氣壓下,前者的沸點(diǎn)為-183℃,后者的為-196℃),通過(guò)液空的精餾,使它們分離來(lái)獲得氮氣。深冷空分制氮設備復雜、占地面積大,基建費用較高,設備一次性投資較多,運行成本較高,產(chǎn)氣慢(12~24h),安裝要求高、周期較長(cháng)。綜合設備、安裝及基建諸因素,3500Nm3/h以下的設備,相同規格的PSA裝置的投資規模要比深冷空分裝置低20%~50%。深冷空分制氮裝置宜于大規模工業(yè)制氮,而中、小規模制氮就顯得不經(jīng)濟。

分子篩空分制氮

以空氣為原料,以碳分子篩作為吸附劑,運用變壓吸附原理,利用碳分子篩對氧和氮的選擇性吸附而使氮和氧分離的方法,通稱(chēng)PSA制氮。此法是七十年代迅速發(fā)展起來(lái)的一種新的制氮技術(shù)。與傳統制氮法相比,它具有工藝流程簡(jiǎn)單、自動(dòng)化程度高、產(chǎn)氣快(15~30分鐘)、能耗低,產(chǎn)品純度可在較大范圍內根據用戶(hù)需要進(jìn)行調節,操作維護方便、運行成本較低、裝置適應性較強等特點(diǎn),故在1000Nm3/h以下制氮設備中頗具競爭力,越來(lái)越得到中、小型氮氣用戶(hù)的歡迎,PSA制氮已成為中、小型氮氣用戶(hù)的首選方法。

膜空分制氮

以空氣為原料,在一定壓力條件下,利用氧和氮等不同性質(zhì)的氣體在膜中具有不同的滲透速率來(lái)使氧和氮分離。和其它制氮設備相比它具有結構更為簡(jiǎn)單、體積更小、無(wú)切換閥門(mén)、維護量更少、產(chǎn)氣更快(≤3分鐘)、增容方便等優(yōu)點(diǎn),它特別適宜于氮氣純度≤98%的中、小型氮氣用戶(hù),有最佳功能價(jià)格比。而氮氣純度在98%以上時(shí),它與相同規格的PSA制氮機相比價(jià)格要高出15%以上。

設備特點(diǎn)

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(1)產(chǎn)氮氣方便快捷:
先進(jìn)的技術(shù),獨特的氣流分布器,使氣流分布更均勻,高效地利用碳分子篩,20分鐘左右即可提供合格的氮氣。
(2)使用方便:
設備結構緊湊、整體撬裝,占地小無(wú)需基建投資,投資少,現場(chǎng)只需連接電源即可制取氮氣。
(3)比其它供氮方式更經(jīng)濟:
PSA工藝是一種簡(jiǎn)便的制氮方法,以空氣為原料,能耗僅為空壓機所消耗的電能,具有運行成本低、能耗低、效率高等優(yōu)點(diǎn)。
(4)機電一體化設計實(shí)現自動(dòng)化運行:
進(jìn)口PLC控制全自動(dòng)運行,氮氣流量壓力純度可調并連續顯示,可實(shí)現無(wú)人值守。
(5)運用范圍廣:
金屬熱處理過(guò)程的保護氣,化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)用氣及各類(lèi)儲罐、管道的充氮凈化,橡膠、塑料制品的生產(chǎn)用氣,食品行業(yè)排氧保鮮包裝,飲料行業(yè)凈化和覆蓋氣,醫藥行業(yè)充氮包裝及容器的充氮排氧,電子行業(yè)電子元件及半導體生產(chǎn)過(guò)程的保護氣等。純度、流量、壓力穩定可調,滿(mǎn)足不同客戶(hù)的需要。
技術(shù)指標:
流量:5-1000Nm3/h
純度:95%-99.9995%
露點(diǎn):≤-40℃
壓力:≤0.8Mpa可調

系統用途

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石油天然氣行業(yè)專(zhuān)用制氮機適用于大陸石油及天然氣開(kāi)采、沿海及深海石油及天然氣開(kāi)采中的氮氣保護、輸送、覆蓋、置換、搶險、維修、注氮采油等領(lǐng)域。具有安全性高、適應強、連續性生產(chǎn)待特點(diǎn)。
化工行業(yè)專(zhuān)用制氮機適用于石油化工、煤化工、鹽化工、天然氣化工、精細化工、新材料等及其衍伸化工產(chǎn)品加工行業(yè),氮氣主要用于覆蓋、吹掃、置換、清洗、壓力輸送、化學(xué)反應攪動(dòng)、化纖生產(chǎn)保護、充氮保護等領(lǐng)域。
冶金行業(yè)專(zhuān)用制氮機適用于熱處理、光亮退火、保護加熱、粉末冶金、銅材鋁材加工、磁性材料燒結、貴金屬加工、軸承生產(chǎn)等領(lǐng)域。具有純度高、連續生產(chǎn)、部分工藝要求氮氣含一定量的氫以增加光亮度等特點(diǎn)。
煤礦行業(yè)專(zhuān)用制氮機適用于煤炭開(kāi)采中的防火滅火、瓦斯及煤氣稀釋等領(lǐng)域,具有地面固定式、地面移動(dòng)式、井下移動(dòng)式三種規格,充分滿(mǎn)足不同工況下的氮氣需求。
橡膠輪胎行業(yè)專(zhuān)用制氮機適用于橡膠及輪胎生產(chǎn)硫化過(guò)程中的氮氣保護、成型等領(lǐng)域。特別是在全鋼子午線(xiàn)輪胎生產(chǎn)中,用氮氣硫化新工藝已逐步取代蒸汽硫化工藝。具有氮氣純度高、連續性生產(chǎn)、氮氣壓力較高等特點(diǎn)。
食品行業(yè)專(zhuān)用制氮機適用于糧食綠色倉儲、食品充氮包裝、蔬菜保鮮、酒類(lèi)封(罐)裝和保存等。
防爆型制氮機適用于化工、石油天然氣等對設備有防爆要求的場(chǎng)所。
制藥行業(yè)專(zhuān)用制氮機主要用于藥品生產(chǎn)、儲存、封裝、包裝等領(lǐng)域。
電子行業(yè)專(zhuān)用制氮機適用于半導體生產(chǎn)封裝、電子元器件生產(chǎn)、LED、LCD液晶顯示器、鋰電池生產(chǎn)等領(lǐng)域。制氮機具有純度高、體積小、噪聲低、能耗低等特點(diǎn)。
集裝箱式制氮機適用于石油、天然氣、化工及其它相關(guān)領(lǐng)域,即有適應性強、可移動(dòng)作業(yè)等特點(diǎn)。
車(chē)載移動(dòng)式制氮車(chē)適用于石油天然氣行業(yè)的開(kāi)采、管道吹掃、置換、應急搶險、易燃氣體、液體的稀釋等領(lǐng)域、分為低壓、中壓、高壓系列,具有機動(dòng)性強、可移動(dòng)作業(yè)等特點(diǎn)。
汽車(chē)輪胎沖氮氮氣機,主要用于汽車(chē)4S店、汽車(chē)維修廠(chǎng)的汽車(chē)輪胎沖氮,可延長(cháng)輪胎使用壽命,降低噪音和油耗。

技術(shù)參數

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質(zhì)量即氣體的重量,常以毫克(mg)、克(g)、千克(kg)、噸(t)來(lái)表示。體積是指氣體所處的容器之容積。常以立方毫米(mm3)、立方厘米(cm3)、立方米(m3)表示。比容是單位重量物質(zhì)所占有的容積,用符號V表示,氣體比容單位用m3/kg,液態(tài)比容l/kg表示。
壓力、壓強、大氣壓、絕對壓力、相對壓力
氣體分子運動(dòng)時(shí)對容器壁的撞擊時(shí)產(chǎn)生的力稱(chēng)壓力。對容器單位面積所產(chǎn)生的壓力叫壓強。壓強的單位習慣上使用毫米汞柱(mmHg)/平方厘米(cm2),國際通用(法定計量)帕(Pa)、千帕(kPa)、兆帕(MPa)。經(jīng)換算1mmHg=133.3Pa=0.1333kPa,1MPa=1000kPa=1000000Pao1ATA=0.1MPao。
包圍在地球表面一層很厚的大氣層對地球表面或表面物體所造成的壓力稱(chēng)為“大氣壓”,符號為B;直接作用于容器或物體表面的壓力,稱(chēng)為“絕對壓力”,絕對壓力值以絕對真空作為起點(diǎn),符號為PABS。
用壓力表、真空表、U型管等儀器測出的壓力叫“表壓力”(又叫相對壓力),“表壓力”以大氣壓力為起點(diǎn),符號為Pg。三者之間的關(guān)系是:PABS==B+Pg。
溫度、絕對溫度、相對溫度、臨界溫度、臨界壓力
溫度是物質(zhì)分子熱運動(dòng)的統計平均值。氣體溫度是氣體分子熱運動(dòng)產(chǎn)生的。氣體溫度的單位常用攝氏(℃)表示,水結冰的溫度為0℃。物理學(xué)上常使用絕對溫度,用“K”表示。絕對溫度以-273℃作為零度。攝氏和絕對溫度的關(guān)系是T=t+273。此外英國科學(xué)家還經(jīng)常用“華氏溫度”,符號為oF。
因為任何氣體在一點(diǎn)溫度和壓力下都可以液化,溫度越高,液化所需要的壓力也越高,但是當溫度超過(guò)某一數值時(shí),即使在增加多大的壓力也不能液化,這個(gè)溫度叫臨界溫度,在這一溫度下最低的壓力就叫做臨界壓力。
是指氣體中的水份從未飽和水蒸氣變成飽和水蒸氣的溫度,當未飽和水蒸氣變成飽和水蒸氣時(shí),有極細的露珠出現,出現露珠時(shí)的溫度叫做“露點(diǎn)”。露點(diǎn)和壓力有關(guān),因此又有大氣壓露點(diǎn)(常壓露點(diǎn))和壓力下露點(diǎn)之分。大氣壓露點(diǎn)是指在大氣壓力下水份的凝結溫度,而壓力下露點(diǎn)是指該壓力下的水份凝結溫度,兩者有換算關(guān)系(可查換算表),如壓力0.7Mpa時(shí)壓力露點(diǎn)為5℃,則相應的大氣壓(0.101Mpa)露點(diǎn)則為-20℃。在氣體行業(yè)中,若無(wú)特殊說(shuō)明,所指的露點(diǎn)均為大氣壓露點(diǎn)。 汽化是指物質(zhì)由液態(tài)變成氣體的過(guò)程,其包括蒸發(fā)和沸騰。凝結是指氣體變成液體的過(guò)程。
純度
純度是氣體的一個(gè)重要技術(shù)參數。舉氮氣為例,按國標氮氣的純度分為工業(yè)用氮氣、純氮和高純氮三級,它們的純度分別為99.5%(O2小于等于0.5%),99.99%(O2小于等于0.01%)和99.999%(O2小于等于0.001%)。
流量、體積流量、質(zhì)量流量
流量是指氣體流動(dòng)過(guò)程中,單位時(shí)間內通過(guò)任一截面的氣體量。流量有兩種方式來(lái)表示,即體積流量和質(zhì)量流量。前者指通過(guò)管路任一截面的氣體體積,后者為通過(guò)的氣體質(zhì)量,在氣體工業(yè)中一般均采用體積流量以m3/h(或L/H)為計量單位。因氣體體積與溫度、壓力和濕度有關(guān),為便于比較通常所說(shuō)的體積流量是指標準狀態(tài)(溫度為20℃,壓力為0.101MPa,相對濕度為65%)而言,此時(shí)的流量以Nm3/h為單位,"N"即表示標準狀態(tài)。
空氣具有可壓縮性,經(jīng)空氣壓縮機做機械功使本身體積縮小、壓力提高后的空氣叫壓縮空氣。壓縮空氣里含有很多雜質(zhì):1.水,包括水霧、水蒸氣、凝結水;2.油:包括油污、油蒸氣;3.各種固態(tài)物質(zhì)如:銹泥、金屬粉末、橡膠粉末、焦油粒及濾材、密封材料的細末等;此外還有多種有害的化學(xué)異味物質(zhì)等。壓縮空氣可以通過(guò)加壓、降溫、吸附等方法來(lái)除去其中的水蒸氣??赏ㄟ^(guò)加熱、過(guò)濾、機械分離等方法除去液態(tài)水份。 吸附、膜滲透
吸附是氣體中一個(gè)或多個(gè)組分在多孔固體表面的選擇性濃縮,被吸附的組分稱(chēng)作吸附介質(zhì),多孔固體稱(chēng)為吸附劑。吸附劑與吸附介質(zhì)的連接力是化學(xué)鍵,而吸附介質(zhì)的解析靠升溫或降低該組分在氣壓中分壓。另一種情況是吸附組分與固體吸附劑去化學(xué)反應時(shí),稱(chēng)為化學(xué)吸附,化學(xué)吸附一般情況下不能再生。
膜滲透指在氣體凈化過(guò)程中聚合物分離氣體是基于一個(gè)或多個(gè)氣體組分從膜的一邊選擇性的滲透到另一邊。該組分溶解于聚合物膜的表面,并沿著(zhù)膜傳遞形成一濃度差,保持此濃度差是靠膜一邊組分的分壓高于膜另一邊該組分的分壓。
氣體常用法定計量單位
根據一九八四年二月二十七日國務(wù)院《關(guān)于在我國統一實(shí)行法定計量單位的命令》編制
法定計量單位:SI單位
法定計量單位:非國際單位制的單位
量的名稱(chēng)
量的符號
單位符號
單位符號
備注
長(cháng)度
l(L)
m
SI基本單位
海里
n mile
1n mile=1852m
A
1A=10-10m
質(zhì)量/重量
m
千克(公斤)
kg
SI基本單位
t
1t=1000kg
lb
1lb=0.4536kg
克拉
 
1克拉=2x10-4kg
時(shí)間
t
s
SI基本單位
min
1 min=60s
[小]時(shí)
h
1 h=3600s
天(日)
d
1 d=84600s
電流
I
安[培]
A
SI基本單位
速度
u,v,w,c
米/秒
m/s
SI基本單位
力/重力
F,W,(P、G)
牛[頓]
N
SI基本單位
達因
dyn
1 dyn=10-5N
千克力,(公斤力)
kgf
1 kgf=9.80665x103N
噸力
tf
1 tf=9.80665x103N

 

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