氮氣發(fā)生器的工作原理

  氮氣發(fā)生器是一套能提取氮氣的設備，它主要應用領(lǐng)域為：航空航天、核電核能、食品醫藥、石油化工、電子工業(yè)、材料工業(yè)、國防軍工和科學(xué)實(shí)驗等領(lǐng)域。下面我來(lái)介紹幾種應用于氣相色譜分析實(shí)驗的氮氣發(fā)生器原理，僅供大家參考。

1、采用中空纖維膜分離法；

2、電化學(xué)法制氮；

3、PSA變壓吸附制氮。

一、采用中空纖維膜法（無(wú)需“加液”）

  兩種或兩種以上的氣體混合通過(guò)高分子膜時(shí)，由于各種氣體在膜中的溶解度和擴散系數的差異，導致不同氣體在膜中相對滲透速率有所不同。根據這一特性，可將氣體分為“快氣”和“慢氣”。

  當混合氣體在驅動(dòng)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(guò)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(shí)，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。氮膜系統可將廉價(jià)的空氣中氮從78%提高到95%以上，zui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(shí)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(lèi)發(fā)生器的主要優(yōu)點(diǎn)是流量大，同時(shí)壽命長(cháng)，且維護成本極低；缺點(diǎn)是氮氣純度不能達到高純級，膜組件目前均為進(jìn)口，國內不能提供，成本較高，儀器價(jià)格也相對高。

二、電化學(xué)法制氮（需“加液”）

  采用電化學(xué)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(yáng)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(shí)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(dòng)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zui高99.995%的氮氣，但有幾個(gè)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(zhì)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(guò)程只去除了空氣中的氧氣，其它雜質(zhì)氣體并沒(méi)有涉及，并且反應過(guò)程對電解池制作技術(shù)要求很高，不合適的電解池制作技術(shù)會(huì )造成氮氣純度數量級的降低。但是，這類(lèi)氮氣發(fā)生器作為一種小流量氮氣來(lái)源，常被用于色譜載氣和小容量保護，總費用不過(guò)幾千元，是一種低成本的解決方案。

三、PSA變壓吸附制氮（無(wú)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(shí)利用兩根分子篩柱，一根吸附的同時(shí)引出一部分產(chǎn)品氣為另一根解析，實(shí)現分子篩在線(xiàn)再生，整體表現即為儀器持續輸出高純氮氣。

  這類(lèi)發(fā)生器可根據需要，調節氮氣的純度和流量，zui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，可根據每個(gè)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(shù)的氮氣發(fā)生器優(yōu)于采用電化學(xué)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(lèi)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，具有較高水平。

（來(lái)源：互聯(lián)網(wǎng)）