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氮氣發(fā)生器的原理小敘
閱讀：1935發(fā)布時間：2023-2-7
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)、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(chǎn)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(nèi)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(chǎn)出最高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(chǎn)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，最高可得到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(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（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(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。
這類發(fā)生器可根據(jù)需要，調節(jié)氮氣的純度和流量，最高可生產(chǎn)99.999%的氮氣產(chǎn)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(nèi)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，具有水平。
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