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氮气发生器的原理对比

发表时间:2021-10-14 16:43

膜分离技术
让压缩空气通过中空纤维膜,当空气通过膜的时候,空气中的氧气,二氧化碳,一氧化碳和水蒸汽会通过中空纤维膜管道上的小孔,进而排到大气中去。在膜的出口,大尺寸的氮气分子和惰性气体氩气都收集起来,输送到应用设备。这种氮气分离提取技术简单有效,无需任何移动部件。分离提取出来的氮气高纯度能达到99.5%,不含任何杂质。
变压吸附技术是通过固体介质来分离气体混合物中的单一组分,用变压吸附技术来分离空气中的氮气,所需的固体介质是碳分子筛,碳分子筛对空气中的氧气选择性吸附,从而在加压的情况下分离了空气中的氮气和氧气。

碳分子筛其实就是多孔疏松的棒状碳颗粒,当对填充满了碳分子筛颗粒的氮气纯化密封柱中充入压缩空气(主要成分是氮气,氧气和惰性气体氩气和少量水汽)时,碳分子筛会吸附水汽,氧气,但是,氮气不会被吸附。这主要是因为氮气和氧气的分子尺寸不一样,碳分子筛颗粒上的小孔能让分子尺寸小的氧气进入,却不能让氮气进入,因为氮气的分子尺寸大于氧气;从而,氮气和氧气被分离开了。

变压吸附这一过程包含两个步骤和阶段:
1.吸附阶段,压缩空气中氧气,水汽,二氧化碳被碳分子筛柱子吸附,氮气被收集起和储藏起来。
2.重生阶段,将碳分子筛柱的压力释放到大气中去,吸附了氧气,二氧化碳,水汽的碳分子筛颗粒释放掉吸附的氧气,二氧化碳和水汽,从而为下一次吸附做好准备。
变压吸附这一个过程需要维持一个稳定的温度,这个温度通常情况下和实验室的环境温度接近(20-25℃)。变压吸附技术生产出来的氮气,纯度高能达到99.999%,纯度越高,生产过程中需要消耗的空气就越多。
变压吸附技术和膜分离技术来生产氮气,各有利弊。具体使用哪种方法来生产氮气要取决于应用和流速要求。在市面上,某些人说氮气膜和碳分子筛是消耗品,需要定期更换,这是不对的。如果用户的除油和除水过滤器效果不佳,碳分子筛和氮气膜的分离效果会随着使用年限的增加而慢慢失效。

液质联用仪应用
对于液质联用仪而言,氮气纯度高于95%就可以大多数的质谱仪的用气要求了,即使一些非常高端和灵敏的质谱仪也没有问题。关键是气体里面不能含有任何粉尘,水汽和碳氢化合物及油滴,所以,高性能的过滤系统尤为重要,过滤系统的除尘规格要小于0.01微米,同时,油滴和水汽也除掉。由于过滤系统一旦饱和,它们的过滤吸附效果也会大打折扣,所以,每年对过滤器进行维护也有必要。

对于液质联用仪而言,分别利用膜分离技术和变压吸附技术来生产氮气的产品我们都有,但是,对于一些小型和中型的实验室而言,选用膜分离的氮气发生器有一些非常明显的优势

维护和服务
膜分离技术涉及到很少的移动部件,通常情况下,一台氮气发生器里面的氮气膜重3公斤(而变压吸附模块的重量能达到100公斤),这就让维护变得简单。

尺寸和重量

由于氮气膜尺寸小,重量轻,这也就意味着我们能设计出更轻盈小巧,结构更紧凑的气体发生器,同时,让发生器能放在标准实验台下,发生器机底脚轮设计,方便移动。这些气体发生器对于那些空间很有限的实验室而言,无疑是完美的选择。

噪音水平
膜分离技术不产生任何噪音,变压吸附技术在碳分子筛柱泄压放气的时候,会有很大的放气的声音产生,这也就意味着膜分离氮气发生器能放在应用仪器旁边,安静地工作。无需将发生器放在另外一个房间,从而增加了管道延长所产生的额外费用。

变压吸附技术对于大型实验室而言,优势明显,在我们的iFlow产品里,我们应用变压吸附技术,它能:

生产出更高流速的氮气
在一些拥有20-30台质谱仪的大型实验室里,我们已经安装了一些利用变压吸附技术来生产氮气的发生器。一台氮气发生器就足够给整个实验室来供气了。

将成本降至低
由于一台氮气发生器的氮气流速就足够给实验室里所有的应用设备来供气,这种集中供气方案无疑比单台小流量气体发生器给单台应用设备来供气的性价比要高很多。

气相色谱仪应用
利用变压吸附技术所生产出来的氮气,非常适合给气相色谱仪来供应载气。给气相色谱仪做载气,不仅要求氮气的纯度高,还要求氮气中的碳氢化合物含量低。利用碳分子筛变压吸附技术来生产氮气是唯一的选择,在空气进入到碳分子筛之前,空气经过过滤,然后再经过催化裂解炉将所有的微量碳氢化合物催化氧化除掉。所生产出来的氮气纯度高,能给所有的气相色谱仪做载气,包括电子捕捉检测器所需要用到的载气。这不是变压吸附技术应用的典型案例,我们所采用的碳分子筛变压吸附技术,能将移动部件的数量降到低,同时,变压吸附柱在工作时没有噪音,在发生器出现故障时,维修也很方便。


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