原料空气经压缩机压缩至0.8MPa(或以上)，经冷却器冷却至常温，再经过滤器过滤油、水后，进入吸附塔（填充碳分子筛），空气中氧、二氧化碳和水分被吸附，其余组份（主要为氮气）则从出口端流出进入缓冲罐。吸附塔经均压、减压至常压，脱除所吸附的杂质组份，完成碳分子筛的再生。两吸附塔循环交替操作，连续产出氮气。
变压吸附制氮机的设计要综合考虑氮气回收率、氮气产量及投资成本，而实际设计和操作是受许多变量的影响。
一、压缩空气预处理
吸附剂对油份的吸附是不可逆的，不能使用减压再生的方法，空气中油份的含量会直接影响到吸附剂的寿命，因此，必须采用精密油过滤器，分离粒径范围为0.01μm，保证制氮装置的长期运行。
二、吸附剂的选定
制氮机吸附剂的吸附平衡、吸附速度、脱附速度、吸附选择性等吸附特性，其它如形状、粒径、密度、空隙率、热容以及压缩强度、耐磨性等形状和机械特性也在考虑的范围内。
三、吸附塔高度
平衡分离型的吸附塔的设计必须考虑传质速率和传质区的高度。吸附塔的高度控制在一定范围内，过高空气的线速度过高，会影响到物质扩散，以及对吸附剂物理形态的影响；过低则实际吸附剂利用率低，影响氮气回收率。
四、吸附压力
综合考虑产氮率和氮气回收率来选定吸附压力，制氮机压力一般在0.6～0.8MPa为宜。
