一、基础知识。

1.气体知识氮气作为空气中最丰富的气体，取之不尽，用之不竭。它无色、无味、透明，属于亚惰性气体，不维持生命。在隔绝氧气或空气的地方，高纯度氮气经常被用作保护气体。空气中氮(N2)的含量为78.084%(空气中各种气体的体积组成为:N2: 78.084%，O2: 20.9476%，氩:0.9364%，CO2: 0.0314%，其他为H2、CH4、N2O、O3、SO2、NO2等。，但是。2.压力知识变压吸附制氮工艺是压力吸附和常压解吸，因此必须使用压缩空气。碳分子筛的最佳吸附压力为0.75~0.9MPa，整个制氮系统中的气体处于压力下，具有冲击能量。

二.变压吸附制氮工作原理:变压吸附制氮机是以碳分子筛为吸附剂，利用压力吸附和减压解吸原理，从空气中吸收和释放氧气，从而分离氮气的自动化设备。碳分子筛是以煤为主要原料，经研磨、氧化、成型、炭化而成的一种表面和内部均有微孔的圆柱形颗粒状吸附剂。其孔径分布如下图所示:碳分子筛的孔径分布特性使其能够实现O2和N2的动态分离。这样的孔径分布可以使不同的气体以不同的速率扩散到分子筛的微孔中，而不排斥混合气体(空气)中的任何气体。碳分子筛对O2和N2的分离作用是基于这两种气体动力学直径的微小差异。O2分子的动力学直径较小，因此在碳分子筛微孔中扩散速度较快，而N2分子的动力学直径较大，因此扩散速度较慢。水和CO2在压缩空气中的扩散与氧气相似，而氩气的扩散较慢。N2和氩的气体混合物最终从吸附塔中富集。碳分子筛在O2和N2上的吸附特性可以用平衡吸附曲线和动态吸附曲线直观地表示。从这两条吸附曲线可以看出，吸附压力的增加可以同时增加O2和N2的吸附量，O2的吸附量会增加更多。变压吸附周期短，O2和N2的吸附量远未达到平衡(最大值)，因此O2和N2扩散速率的差异使得O2的吸附量在短时间内大大超过N2。变压吸附制氮利用碳分子筛的选择性吸附特性，采用加压吸附和减压解吸的循环，使压缩空气交替进入吸附塔(也可单塔完成)实现空气分离，从而连续生产高纯度的产品氮。

三.变压吸附制氮基本工艺流程:变压吸附制氮机示意图基本工艺流程空气经空气压缩机压缩、除尘、脱脂、干燥后进入储气罐，通过进气阀和左吸气阀进入左吸附塔。塔压上升，压缩空气中的氧分子被碳分子筛吸附。未被吸附的氮气通过吸附床，通过左吸入阀和制氮阀进入储氮罐。这个过程叫做左吸，持续时间是几个。左吸过程结束后，左吸附塔和右吸附塔通过上下均压阀连通，使两塔压力均衡。这个过程叫做压力均衡，持续2~3秒。压力均衡后，压缩空气通过进气阀和右吸气阀进入右吸附塔，压缩空气中的氧分子被碳分子筛吸附，富集的氮气通过右吸气阀和制氮阀进入氮气储罐。这个过程叫做右吸，持续几十秒。同时，左侧吸附塔中的碳分子筛吸附的氧气通过左侧排气阀减压释放回大气中，称为脱附。相反，当左塔吸附时，右塔同时解吸。为了将分子筛降压释放的氧气排入大气，氮气通过常开反洗阀吹脱吸附塔，将塔内氧气吹出吸附塔。这一过程称为反冲洗，与解吸同时进行。右吸后，进入均压过程，然后切换到左吸过程，继续循环。制氮机的工作流程由可编程控制器控制三个二位五通先导电磁阀，再由电磁阀分别控制八个气动管道阀门的开启和关闭来完成。三个两位五通先导电磁阀分别控制左吸、均压、右吸的状态。左吸气、压力均衡和右吸气的时间流量已存储在可编程控制器中。在断电状态下，三个二位五通先导电磁阀的先导气体连接到气动管道阀的关闭口。当过程处于左吸状态时，控制左吸的电磁阀通电，先导气体连接到左吸气阀、左吸气阀和右排气阀的开口处，使这三个阀门打开，完成左吸过程并在右吸附塔中解吸。当过程处于均压状态时，控制均压的电磁阀通电，其他阀门关闭；先导气体连接到上均压阀和下均压阀的开口，从而打开两个阀并完成均压过程。当过程处于右吸状态时，控制右吸的电磁阀通电，先导气体连接到右吸阀、右吸生产阀和左排气阀的开口处，使这三个阀打开，完成右吸过程并在左吸附塔中解吸。在每个过程中，除了应该打开的阀门外，所有阀门都应该关闭。