膜分离技术是在20世纪中期发展起来的一种技术。我们采用膜分离技术研制了小型MF氮气发生器,在结构设计、性能指标等方面都有所改进,非常适用于各种需要小流量氮气的场所。
1 制氮原理
当两种或两种以上的气体混合物通过中空纤维膜时,由于气体在膜中的溶解度和扩散系数有差异,因而这些气体在膜中的相对渗透率是不同的。根据这一特性,气体可以分为“快气”和“慢气”。当混合气体在驱动力(膜两侧压力差)作用下通过中空纤维膜时,渗透速率相对快的气体,如水、氢气、硫化氢、二氧化碳等,快速透过膜进入膜的另一侧。 而渗透速率相对较慢的气体, 如甲烷、 氮气、 一氧化碳等, 则被膜滞留在这一侧而富集, 从而达到使混合气体分离的目的。中空纤维膜系统含有成千上万根细小的中空纤维丝。 膜系统有选择地将压缩空气中的氧气、 水蒸汽、二氧化碳等气体排走, 而留下了富氮气流。 通过调节空气速率, 就可生产不同纯度和速率的氮气。
2 仪器结构和性能
氮气发生器由空气压缩机、 过滤器、 中空纤维膜分离器、 脱氧管等部件组成。 仪器流程。压缩空气经过过滤器进入膜分离器, 空气中的氧气、 水蒸汽及少量二氧化碳快速透过膜, 进入膜的另一侧;氮气因透过膜的相对速率慢 , 被滞留和富集。富集后的氮气, 其出口压力几乎和压缩空气进入膜系统时的压力相同, 动力损耗非常小。 氮气的纯度可达到95%以上, 最高可达到99.9%。 若需要更高纯度的氮气, 可以配置化学催化脱氧剂, 这样可以得到纯度达到99.9995%的高纯氮。 氮气纯度和流量关系曲线 。膜分离氮气发生器有以下特点:
空气源与膜分离装置设计成一体, 结构紧凑操作压力:A.1.37MPa B.1MPaC.0.69MPa输出压力和流量稳定,易于操作,维护方便。适应范围宽,安全可靠。全自动控制,开机、停机方便迅速 。
技术指标:
氮气纯度:99.9%～99.9995%
氮气流量:300～500mL/min
氮气压力:0～0.4MPa(可调)
整机功率:≤350W
整机尺寸:540mm×230mm×450mm
3 结论
MF氮气发生器为气相色谱分析提供了一种新的气源,减少了使用钢瓶的诸多不便,改变了传统的电解氢氧化钠等老的氮气发生工艺,为进一步开拓在不同领域应用膜分离技术提供了有益的经验。
