制氮机的系统构成及工作原理

时间：2025-01-21

制氮机的系统构成及工作原理

系统构成
PSA 制氮系统主要由空气压缩机、空气净化系统，空气储罐、切换阀、吸附器和氧气缓冲罐等组成。
原料空气经空压机压缩后，经过除尘、除油、干燥后，进入空气储罐，再经过左进气阀进入左吸附塔。此时塔压力升高，压缩空气中的氮分子被沸石分子筛吸附，未被吸附的氧气则穿过吸附床层，经过出气阀进入氧气缓冲罐。这个过程称为吸附，持续时间为几十秒。吸附过程结束后，左吸附塔与右吸附塔通过均压阀连通，使两塔压力达到均衡，这个过程称之为均压，持续时间约为 3~5 秒。均压结束后，压缩空气又经过右进气阀，进入右吸附塔，重复上述吸附过程。同时左吸附塔中被分子筛吸附的氧气通过左排空阀解压释放至大气当中，此过程称为解吸，吸附饱和的分子筛从而得到再生。同样，左塔吸附时右塔同时也在解吸。右塔吸附结束后，同样进入均压过程，然后再切换到左塔吸附，如此循环交替，连续生产氧气。
上述基本工艺步骤都是由 PLC 和自动切换阀来实现自动控制。
2-3 工作原理
PSA 制氮机是根据变压吸附原理，采用高品质的碳分子筛作为吸附剂，在的压力下，从空气中制取氮气。经过纯化干燥的压缩空气，在吸附器中进行加压吸附、减压脱附。由于空气的动力学效应，氧在碳分子筛微孔中扩散速率远大于氮，氧被碳分子筛**吸附，氮在气相中被富集起来，形成成品氮气。然后经减压至常压，吸附剂脱附所吸附的氧气等杂质，实现再生。一般在系统中设置两个吸附塔 A 和 B，一塔吸附产氮，另一塔脱附再生，通过控制装置控制气动阀的启闭，使两塔交替循环，以实现连续生产高品质氮气之目的。
2-4 控制过程
PSA制氮系统的工艺流程图如图 1 所示。
图 1 中空气压缩机用来提供足够的气量和相对恒定的输入压力（0.75 ～ 0.8MPa）的原料气。
经冷干机除水、除油、除固态粒子等净化处理后，为了能连续不断的输出恒定的氮气。系
统设置 A、B两个吸附塔进行交替工作，由气源系统来的纯净压缩空气，经电磁气动控制阀Y1、Y2由吸附塔 A下部进入塔体。经吸附塔中碳分子筛床层吸附，并逐步向上推进。在此过程中，空气中的氧分子被吸附在碳分子筛微孔中，而氮被浓缩在气相中，由塔上部流出，经电磁气动控制阀 Y6、Y8进入氮气储罐，此过程即为 A塔吸附制氮。与此同时， B吸附塔PLC在制氮机上的应用
vi中吸附的氧分子经由电磁气动控制阀 Y5 排空，即 B 塔解吸至常压。 A、B 两塔交替进行连续供氮。当 A塔中碳分子筛对氧的吸附量将达到平衡时，则该塔立即停止吸附，此时 Y1、Y4、Y5、Y8均处于关闭状态，而 Y2、Y3、Y6、Y7同时处于开启状态。实行 A、B两吸附塔均压，均压后即切换进入 B塔吸附、 A塔解吸状态。此时压缩空气经电气控制阀 Y1、Y3进入 B吸附塔下部，经 B塔中碳分子筛床层吸附。分离出来的氮气经 Y7、Y8 进入氮气储罐，即 B塔吸附制氮。这样 A、B两塔交替吸附、解吸，即形成连续不断的向氮气储罐输送氮气。
以上 Y1—Y8 电气控制阀的动作顺序、切换时间等全部由 PLC控制，使二塔连续不断供应合格氮气。
在正常工作时自动循环过程如下：
按程序启动键→冷干机启动→延时 X 秒→空挂机启动→延时 X秒→进入吸附 A→延时 X秒→均压 A=B→延时 X秒→吸附 B延时 X秒→均压 B=A→延时 X秒→再次进入吸附 A，如此自动循环，按停止键。系统全部停止工作。
在制氮机工作过程的各个阶段。阀 Y1—Y8的工作状态如表 2 所示：
表 2 系统手动、自动操作时电磁阀工作状态表
阀号 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 Y8
吸附 A + + + + +
均压 A=B + + + +
吸附 B + + + + +
均压 B=A + + + +
注：① +表示该阀处于开启状态；②在均压 A=B，均压 B=A时要比 Y?Y 滞后 X 秒开启 ;③上延时 X 秒均应在 0-99 9 秒任意设置调
控制要求有手动和自动两种工作方式，并要求在手动方式时能进行 Y1—Y8 阀的检查。在手动能独立起动、停止空压机和冷干机；能显示吸附 A、均压 A=B 、吸附 B、均压B=A 四个阶段 Y1—Y8 的开启情况；各项操作均应有指示灯显示。自动工作时，应该能按照自动工艺流程要求工作。并能在模拟工艺流程图中显示相应工作状态。同时对自动运行过程中的各延时时间均要能任意调节，并能实时显示和查询当前延时设定值。

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