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氮氣發生器的原理小敘
閱讀：2075發布時間：2023-2-7
氮氣發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、食品醫藥、石油化工、電子工業、材料工業、工和科學實驗等領域。為便于大家了解現狀，下面我來介紹幾種應用于氣相色譜分析實驗的氮氣發生器原理，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，鎳網為陽極，且電極安裝是采用硬支撐結構。該發生器可在氮、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“強制循環方式”，由電磁泵帶動電解液在液路中循環，提高了電解效率。
這種方法可以產出最高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量級的降低。但是，這類氮氣發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。這類發生器的主要優點是流量大，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，實現分子篩在線再生，整體表現即為儀器持續輸出高純氮氣。
這類發生器可根據需要，調節氮氣的純度和流量，最高可生產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生器優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，是一款性能優良，維護方便的新一代氮氣發生器，具有水平。
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