普拉勒氮氣發生器

更新時間：2024-11-29

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　　氮氣發生器作為實驗室常用設備之一，作為氮氣供氣源，用途廣泛。其中，對質譜和氣相色譜的正常運行起到重要作用。那么，該如何選擇合適的氮氣發生器呢？膜分離技術和變壓吸附技術是現今氮氣發生器的兩種主要制氮技術。兩種制氮技術各有特點和優勢。　　
膜分離技術

壓縮空氣通過中空纖維膜，由于不同氣體分子直徑不同，當空氣通過膜的時候，分子直徑較小的氧氣、二氧化碳和水蒸汽會通過中空纖維膜管道上的小孔，進而排到大氣中去。在膜的出口，大分子直徑的氮氣分子和惰性氣體氬氣都被收集起來，輸送到應用設備。這種氮氣分離提取技術簡單有效，無需任何移動部件。

膜分離原理圖　　

變壓吸附技術　　
變壓吸附制氮的填充材料是碳分子篩，是一種多孔疏松的棒狀碳顆粒，當壓縮空氣通過碳分子篩時，同樣也是根據氣體分子直徑的不同，碳分子篩會吸附水汽和氧氣，但是，氮氣不會被吸附，從而被分離。變壓吸附的過程包括吸附解壓-重生階段。

變壓吸附技術

變壓吸附原理圖　　

變壓吸附技術和膜分離技術來生產氮氣，各有優勢。但是，對于某些特定的應用設備，使用其中的一種分離技術比另一種更有優勢。具體使用哪種技術更好更合適要取決于應用和流速要求，不能一概而論。而需要強調的是，氮氣膜和碳分子篩都不是消耗品，都無需定期更換。

兩種技術對比來說：

　　1.尺寸和重量

　　氮氣膜尺寸小，重量輕，結構緊湊，更輕盈小巧，甚至發生器能放在標準實驗臺下，這些對于空間很有限的實驗室而言無疑是好的選擇。

　　2.噪音

　　膜分離技術不產生任何噪音，這也就意味著膜分離氮氣發生器能放在應用儀器旁邊，安靜地工作，無需將發生器放在另外一個房間，從而減少了管道延長所產生的額外費用，也避免了管道漏氣的風險。

　　3.純度

　　氮氣在不同分析儀器中所起的作用不同，所以對純度的需求也不同，LC-MS所用的氮氣主要作為霧化氣及保護氣，純度95%就全能滿足需求。理想化狀態下，變壓吸附所能達到的最大純度要優于膜分離技術。但變壓吸附所產生的氮氣純度與進氣量、壓力、氣源質量都有很大的關系，如果氣源不潔凈或者氣量壓力不夠，那純度會大大降低，不能單純認為變壓吸附純度一定高。

　　4.露點，含水量

　　決定氮氣露點含水量的因素，除了分離技術外，進氣質量和過濾系統也至關重要。對于碳分子篩的變壓吸附，如果前端處理不當，不僅除水能力下降，而且會污染碳分子篩，久而久之碳分子篩就失去了吸附的能力。對于膜分離，如果有較好的前端處理和除水設計，同樣可以有效除水，降低露點。

　　5.空壓機的負荷

　　膜分離和變壓吸附對空氣氣量的需求不同。對于膜分離，純度越高，需要的空氣越多，空壓機負荷越大。對于變壓吸附，會有反吹現象，所以用氣量要遠高于理論值，不能簡單的按照空氮比得出實際空氣量，相應空壓機負荷也大于理想情況。

　　6.維護保養

　　膜分離技術移動部件少，所以維護簡單。一旦發生器出了問題，小而輕的氮氣膜占用空間小，讓發生器的維護以及零配件的更換都非常方便，同時，也降低了維護和維修成本，節約了時間。另外氮氣膜的工作無需很多電子部件的管理和控制，所以可以將更多的電子部件用于監控核心技術參數，保證了發生器的穩定性。變壓吸附相對移動部件、電子控件都多，所以維修維護較為繁瑣。

氮氣發生器

　　綜上而言，在選擇氮氣發生器時，不能單一根據是膜分離技術還是變壓吸附技術決定好與壞，要根據實際情況和具體應用合理選擇。

二、氮氣發生器的類型

根據氮氣可能用途的不同，氮氣發生器可分為以下幾種類型：

　　1. PSA氮氣發生器

　　PSA氮氣發生器是利用分子篩技術，將空氣中的氧氣和水分吸附，從而提取出純度高、質量穩定的氮氣。它常用于化工、電子、半導體、食品、醫藥以及其他多種工業領域。

PSA是 Pressure Swing Adsorption的簡稱，中文名為變壓吸附，1960年Skarstrom提出PSAZL，他以沸石分子篩為吸附劑，用一個兩床PSA裝置，從空氣中分離出富氧，該過程經過改進，于60年代投入了工業生產。1970年，PSA技術在工業應用取得了突破性的進展，Zxian應用于空氣干燥與凈化。80年代，PSA技術的工業應用取得了突破性的進展，主要應用在氮氧分離、空氣干燥等。其中，氮氧分離的技術進展是把新型吸附劑碳分子篩與變壓吸附結合起來，將空氣中的氧氣和氮氣加以分離，從而獲得氮氣。

PSA制氮核心部件就是碳分子篩。碳分子篩在上世紀70年代興起的一種新型吸附劑，主要成分為元素碳，外觀為黑色柱狀固體。
PSA

它利用篩分的特性來達到分離O2 、N2的目的。在分子篩吸附雜質氣體時，大孔和中孔只起到通道的作用，將被吸附的分子運送到微孔和亞微孔中，微孔和亞微孔才是真正起吸附作用的容積。碳分子篩內部包含有大量的微孔，這些微孔允許動力學尺寸小的分子快速擴散到孔內，同時限制大直徑分子的進入。由于這些氣體分子相對擴散速率的不同，因此它們可以被有效的分離。同時，在制造碳分子篩時，根據分子尺寸的大小，碳分子篩內部微孔分布應在0.28～0.38nm。在該微孔尺寸范圍內，氧氣可以快速通過微孔孔口擴散到孔內，而氮氣卻很難通過微孔孔口，從而達到氧、氮分離。

采用PSA方法的氮氣發生器可以根據用戶個人需要，制備不同純度的氮氣，Z高可達99.999%。

　　2. 空氣壓縮機式氮氣發生器

　　在壓縮機的工作過程中，通過對空氣壓縮處理，將氮氣和氧氣壓縮到相同的壓強下，然后利用分子篩分離工藝分離出氮氣。它通常應用于各種民用應用中，如氣象、口腔治療、氣體氣泡、人工呼吸等。

　　3. 膜分離式氮氣發生器

　　膜分離式氮氣發生器是利用具有吸附性能的特殊膜技術實現氧氣和氮氣的分離。它常用于制備高純度氮氣，如半導體制造、食品包裝材料、化學品、氣氣體氧化反應等。

　　三、氮氣發生器的應用領域

　　氮氣發生器在各個工業領域中，得到了廣泛的應用，特別是在高科技工業方面。它的應用領域如下：

　　1. 半導體制造業

　　制造半導體過程中，需要用大量的高純度氮氣。氮氣發生器可以在不使用氣瓶的情況下，產生高純度氮氣，適用于半導體制造中的壓制、光刻、清洗和治療等過程。

　　2. 化學品制造業

　　在化學制造過程中，需要制備具有特殊用途的化學品，需要純度高、質量穩定的氮氣。氮氣發生器可以在較短時間內，提供大量的高質量氮氣，適用于溶劑回收、化學反應、脫水等過程。

　　3. 食品包裝業