氮?dú)鈾C(jī)是一種傳統(tǒng)的空分技術(shù),已有九十余年的歷史,氮?dú)鈾C(jī)的特點(diǎn)是產(chǎn)氣量大,產(chǎn)品氮純度高,無(wú)須再純化便可直接應(yīng)用于磁性材料,但它工藝流程復(fù)雜,占地面積大,基建費(fèi)用高,需專(zhuān)門(mén)的維修力量,操作人員較多,產(chǎn)氣慢(18~24h),它適宜于大規(guī)模工業(yè)制氮。
氮?dú)鈾C(jī)制氮方法
深冷空分制氮設(shè)備
它是一種傳統(tǒng)的空分技術(shù),已有九十余年的歷史,它的特點(diǎn)是產(chǎn)氣量大,產(chǎn)品氮純度高,無(wú)須再純化便可直接應(yīng)用于磁性材料,但它工藝流程復(fù)雜,占地面積大,基建費(fèi)用高,需專(zhuān)門(mén)的維修力量,操作人員較多,產(chǎn)氣慢(18~24h),它適宜于大規(guī)模工業(yè)制氮。
變壓吸附制氮設(shè)備
變壓吸附(PressureSwingAdsorption,簡(jiǎn)稱(chēng)PSA)氣體分離技術(shù)是非低溫氣體分離技術(shù)的重要分支,是人們長(zhǎng)期來(lái)努力尋找比深冷法更簡(jiǎn)單的空分方法的結(jié)果。七十年代西德埃森礦業(yè)公司成功開(kāi)發(fā)了碳分子篩,為PSA空分制氮工業(yè)化鋪平了道路。三十年來(lái)該技術(shù)發(fā)展很快,技術(shù)日趨成熟,在中小型制氮領(lǐng)域已成為深冷空分的強(qiáng)有力的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。
變壓吸附制氮是以空氣為原料,用碳分子篩作吸附劑,利用碳分子篩對(duì)空氣中的氧和氮選擇吸附的特性,運(yùn)用變壓吸附原理(加壓吸附,減壓解吸并使分子篩再生)而在常溫使氧和氮分離制取氮?dú)狻?/p>
變壓吸附制氮與深冷空分制氮相比,具有顯著的特點(diǎn):吸附分離是在常溫下進(jìn)行,工藝簡(jiǎn)單,設(shè)備緊湊,占地面積小,開(kāi)停方便,啟動(dòng)迅速,產(chǎn)氣快(一般在30min左右),能耗小,運(yùn)行成本低,自動(dòng)化程度高,操作維護(hù)方便,撬裝方便,無(wú)須專(zhuān)門(mén)基礎(chǔ)。所以變壓吸附制氮設(shè)備是目前應(yīng)用最為廣泛的技術(shù)。
膜分離空分制氮設(shè)備
膜分離空分制氮也是非低溫制氮技術(shù)的新的分支,是80年代國(guó)外迅速發(fā)展起來(lái)的一種新的制氮方法,在國(guó)內(nèi)推廣應(yīng)用還是近幾年的事。
膜分離制氮是以空氣為原料,在一定的壓力下,利用氧和氮在中空纖維膜中的不同滲透速率來(lái)使氧、氮分離制取氮?dú)?。它與上述兩種制氮方法相比,具有設(shè)備結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單、體積更小、無(wú)切換閥門(mén)、操作維護(hù)也更為簡(jiǎn)便、產(chǎn)氣更快(3min以?xún)?nèi))、增容更方便等特點(diǎn),但中空纖維膜對(duì)壓縮空氣清潔度要求更嚴(yán),膜易老化而失效,難以修復(fù),需要換新膜,它與同規(guī)格的變壓吸附制氮裝置相比,價(jià)格要高出30%左右,純度也相對(duì)較低。
工作原理
變壓吸附制氮?dú)鈾C(jī)是根據(jù)變壓吸附原理,采用高品質(zhì)的碳分子篩作為吸附劑,在一定的力學(xué)效應(yīng),氧在碳分子篩微孔中擴(kuò)散速率遠(yuǎn)大于氮,在吸附未達(dá)到平衡時(shí),氮在氣相中被富集起來(lái),形成成品氮?dú)?。然后減壓至常壓,吸附劑脫附所吸附的氧氣等其它雜質(zhì),實(shí)現(xiàn)再生。一般在系統(tǒng)中設(shè)置兩個(gè)吸附塔,一塔吸附產(chǎn)氮,另一塔脫附再生,通過(guò)PLC程序自動(dòng)控制,使兩塔交替循環(huán)工作,以實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)高品質(zhì)氮?dú)庵康?。壓力下,?jīng)過(guò)凈化干燥的壓縮空氣,在吸附器中進(jìn)行加壓吸附、減壓脫附。
氮?dú)鈾C(jī)的應(yīng)用
氮?dú)鈾C(jī)的用途說(shuō)明由于氮?dú)獾幕瘜W(xué)惰性,常用作保護(hù)氣體。所以常用于糧食儲(chǔ)存,食品包裝,輪胎充氣等。用于食品包裝可防止食品氧化,霉變,從而延長(zhǎng)了食品的保質(zhì)期。用于輪胎的充氣可提高安全系數(shù),增加舒適性,減少爆胎幾率。
1. 食品行業(yè)應(yīng)用
多用于面包,蛋糕等易變質(zhì)食品的包裝,將氮?dú)獬淙胧称钒b袋內(nèi),讓食品處于氮?dú)獍鼑鸂顟B(tài),既不會(huì)導(dǎo)致食品在存放和運(yùn)輸途中被擠壓變形,無(wú)氧狀態(tài)也會(huì)讓食品的保質(zhì)期大大延長(zhǎng)。汽車(chē)行業(yè)的應(yīng)用1.提高輪胎行駛的穩(wěn)定性和舒適性。氮?dú)鈳缀鯙槎栊缘碾p原子氣體,化學(xué)性質(zhì)極不活潑,氣體分子比氧分子大,不易熱脹冷縮,變形幅度小,其滲透輪胎胎壁的速度比空氣慢約30~40%,能保持穩(wěn)定胎壓,提高輪胎行駛的穩(wěn)定性,保證駕駛的舒適性;氮?dú)獾囊纛l傳導(dǎo)性低,相當(dāng)于普通空氣的1/5,使用氮?dú)饽苡行p少輪胎的噪音,提高行駛的寧?kù)o度。
2. 防止爆胎和缺氣碾行
爆胎是公路交通事故中的頭號(hào)殺手。據(jù)統(tǒng)計(jì),在高速公路上有46%的交通事故是由于輪胎發(fā)生故障引起的,其中爆胎一項(xiàng)就占輪胎事故總量的70%。汽車(chē)行駛時(shí),輪胎溫度會(huì)因與地面磨擦而升高,尤其在高速行駛及緊急剎車(chē)時(shí),胎內(nèi)氣體溫度會(huì)急速上升,胎壓驟增,所以會(huì)有爆胎的可能。而高溫導(dǎo)致輪胎橡膠老化,疲勞強(qiáng)度下降,胎面磨損劇烈,又是可能爆胎的重要因素。而與一般高壓空氣相比,高純度氮?dú)庖驗(yàn)闊o(wú)氧且?guī)缀醪缓莶缓?,其熱膨脹系?shù)低,熱傳導(dǎo)性低,升溫慢,降低了輪胎聚熱的速度,不可燃也不助燃等特性,所以可大大地減少爆胎的幾率。
3. 延長(zhǎng)輪胎使用壽命
使用氮?dú)夂?,胎壓穩(wěn)定體積變化小,大大降低了輪胎不規(guī)則磨擦的可能性,如冠磨、胎肩磨、偏磨,提高了輪胎的使用壽命;橡膠的老化是受空氣中的氧分子氧化所致,老化后其強(qiáng)度及彈性下降,且會(huì)有龜裂現(xiàn)象,這時(shí)造成輪胎使用壽命縮短的原因之一。氮?dú)夥蛛x裝置能極大限度地排除空氣中的氧氣、硫、油、水和其它雜質(zhì),有效降低了輪胎內(nèi)襯層的氧化程度和橡膠被腐蝕的現(xiàn)象,不會(huì)腐蝕金屬輪輞,延長(zhǎng)了輪胎的使用壽命,也極大程度減少輪輞生銹的狀況。
4. 減少油耗,保護(hù)環(huán)境。
輪胎胎壓的不足與受熱后滾動(dòng)阻力的增加,會(huì)造成汽車(chē)行駛時(shí)的油耗增加;而氮?dú)獬丝梢跃S持穩(wěn)定的胎壓,延緩胎壓降低之外,其干燥且不含油不含水,熱傳導(dǎo)性低,升溫慢的特性,減低了輪胎行走時(shí)溫度的升高,以及輪胎變形小抓地力提高等,降低了滾動(dòng)阻力,從而達(dá)到減少油耗的目的。
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