高純氮氣發(fā)生器是一種用于產(chǎn)生高純度氮氣的設備，在多個領域具有廣泛應用。其工作原理基于空氣分離技術，主要通過物理吸附法和電化學分離法相結(jié)合的方式，從空氣中分離出高純度氮氣。

　　在技術實現(xiàn)上，高純氮氣發(fā)生器利用電解池設計，通過電催化法將空氣中的氧氣在陰極吸收電子并與水反應形成氫氧根離子，隨后遷移至陽極失去電子并釋放氧氣，從而分離出氮氣。部分發(fā)生器還采用分子篩技術或膜分離技術，進一步提高氮氣的純度。其氮氣純度通常可達到99.99%以上，甚至更高，能夠滿足各種精密工藝和應用的要求。

　　高純氮氣發(fā)生器其常見的結(jié)構組成：

　　1、空氣供應系統(tǒng)

　　空氣壓縮機：用于提供氣源，將周圍環(huán)境中的空氣進行壓縮，提高空氣壓力，為后續(xù)的分離和凈化過程提供動力。例如在一些大型的變壓吸附制氮設備中，空氣壓縮機是重要的組成部分，其功率和排氣量根據(jù)設備的整體規(guī)模和制氮需求而定。

　　空氣儲罐：也稱為壓縮空氣緩沖罐，主要作用是降低氣流脈動，使壓縮空氣平穩(wěn)地進入后續(xù)的凈化和分離系統(tǒng)，同時也可以儲存一定量的壓縮空氣，起到緩沖作用，保證設備在空氣壓縮機短暫停機或進氣壓力波動時仍能持續(xù)穩(wěn)定運行。

　　2、空氣凈化系統(tǒng)

　　冷凍干燥機：用于去除壓縮空氣中的水分。其工作原理是通過制冷循環(huán)，將壓縮空氣冷卻到露點溫度以下，使空氣中的水蒸氣凝結(jié)成液態(tài)水，然后通過自動排水裝置排出，從而得到干燥的空氣，避免水分對后續(xù)的吸附劑和膜分離組件造成損害，影響氮氣純度和設備壽命。

　　過濾器組：通常包括多級過濾器，如初效過濾器、高效過濾器、除油過濾器等。初效過濾器主要用于去除空氣中的大顆粒灰塵、雜質(zhì)；高效過濾器可以進一步過濾微小的塵埃粒子，確保空氣的潔凈度；除油過濾器則用于去除空氣中可能存在的油霧，防止油分進入吸附劑或膜組件，影響其性能和使用壽命。

　　活性炭過濾器：除了進一步過濾雜質(zhì)外，還能去除空氣中的異味、有害氣體等，提高空氣的質(zhì)量，為后續(xù)的氮氣分離創(chuàng)造良好的條件。

　　3、氮氣分離系統(tǒng)

　　變壓吸附（PSA）制氮單元

　　吸附塔：一般有兩個或多個吸附塔并聯(lián)組成，內(nèi)部裝填碳分子篩作為吸附劑。在加壓狀態(tài)下，碳分子篩對氧和氮的吸附能力不同，氧氣被大量吸附，而氮氣則相對較少地被吸附，從而實現(xiàn)氧氮分離。當一個吸附塔吸附飽和后，通過降壓解吸，將吸附的氧氣放出，然后切換到另一個吸附塔進行吸附，如此循環(huán)交替，連續(xù)輸出氮氣。

　　程控閥門：是控制吸附塔的加壓、吸附、降壓、解吸等過程的關鍵部件。通過程序控制器按照設定的時間和順序控制閥門的開關，實現(xiàn)各個吸附塔的準確切換和穩(wěn)定運行，保證氮氣的持續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)。

　　消聲器：由于吸附塔在降壓解吸過程中會有氣流排出，會產(chǎn)生一定的噪音，消聲器可以有效降低噪音，減少對周圍環(huán)境的影響。

　　4、膜分離制氮單元

　　膜分離組件：是膜分離法的核心部件，通常由大量的中空纖維膜或卷式膜組成。空氣在壓力差的作用下，通過膜分離組件，氧氣和水分子等小分子物質(zhì)優(yōu)先透過膜，而氮氣則被富集在膜的另一側(cè)，從而得到較高純度的氮氣。不同的膜材料和膜結(jié)構會影響膜的分離性能和使用壽命。

　　壓力調(diào)節(jié)裝置：用于調(diào)節(jié)進入膜分離組件的空氣壓力，以保證膜分離過程的正常進行和達到預期的氮氣純度和流量。通過合理控制壓力，可以提高膜的分離效率和氮氣的產(chǎn)率。

　　5、氮氣純化系統(tǒng)

　　催化除氧裝置：對于一些對氮氣純度要求高的場合，需要進一步去除氮氣中殘留的微量氧氣。催化除氧裝置通常采用鈀催化劑或其他高效的除氧催化劑，在一定的溫度和壓力條件下，使氮氣中的氧氣與氫氣發(fā)生化學反應生成水，從而達到深度除氧的目的，進一步提高氮氣的純度。

　　干燥裝置：即使在前面的凈化過程中已經(jīng)對空氣進行了干燥處理，但在氮氣制備過程中仍可能會有少量的水分混入。干燥裝置如分子篩干燥器等可以進一步去除氮氣中的水分，使氮氣的露點達到更低的水平，滿足高純氮氣的要求。

　　6、控制系統(tǒng)

　　程序控制器：是整個高純氮氣發(fā)生器的控制核心，負責控制空氣壓縮機的啟停、空氣凈化系統(tǒng)的運行、氮氣分離系統(tǒng)的工作模式切換、氮氣純化過程的控制以及各種閥門的動作等。通過預設的程序和參數(shù)，實現(xiàn)設備的自動化運行和智能化控制，確保氮氣的流量、純度和壓力等指標穩(wěn)定可靠。

　　傳感器：包括氧氣分析儀、壓力傳感器、溫度傳感器、流量傳感器等。氧氣分析儀用于實時監(jiān)測氮氣中的氧氣含量，以便及時調(diào)整設備的運行參數(shù)，保證氮氣純度；壓力傳感器和溫度傳感器分別監(jiān)測各部分的壓力和溫度，確保設備在安全的工作范圍內(nèi)運行；流量傳感器則用于測量氮氣的流量，根據(jù)用戶需求進行調(diào)節(jié)和控制。

　　人機界面：通常采用觸摸屏或液晶顯示屏等作為人機界面，方便操作人員進行設備的啟停操作、參數(shù)設置、運行狀態(tài)監(jiān)測和故障報警等。通過人機界面，操作人員可以直觀地了解設備的運行情況，及時處理各種異常情況，提高設備的維護和管理效率。

　　7、氣路系統(tǒng)

　　進氣管道：連接空氣壓縮機和空氣凈化系統(tǒng)，將壓縮空氣輸送到后續(xù)的處理環(huán)節(jié)。進氣管道需要具備一定的耐壓性和密封性，以確保空氣的穩(wěn)定供應。

　　分配閥：用于將經(jīng)過凈化和干燥后的空氣分配到不同的氮氣分離單元或吸附塔中，根據(jù)設備的工作原理和運行需求，合理控制空氣的流向和流量。

　　氮氣輸出管道：將制備好的高純氮氣輸送到使用地點或儲存容器中。氮氣輸出管道需要保持良好的密封性，防止氮氣泄漏，同時可以根據(jù)用戶的需求配備流量調(diào)節(jié)裝置和壓力調(diào)節(jié)裝置，以滿足不同的用氣要求。

　　8、外殼及框架

　　外殼：起到保護設備內(nèi)部部件、防塵、防潮、防腐蝕等作用。外殼的材質(zhì)通常選用不銹鋼或優(yōu)質(zhì)的鋼材，具有良好的強度和耐用性。對于一些需要在特殊環(huán)境中使用的設備，如戶外或潮濕環(huán)境，外殼還需要具備相應的防護等級和密封措施。

　　框架：用于支撐和固定設備的各個部件，保證設備的結(jié)構穩(wěn)定性和整體性。框架通常采用堅固的金屬材料制作，能夠承受設備的重量和運行過程中的振動和沖擊。