制氮机又称降氧机。目前用于气调的制氮机有多种类型,包括催化燃烧式降氧机,碳分子筛制氮机,中空纤维制氮机等
1.碳分子筛制氮机
碳分子筛制氮机是一种新型的制氮设备,制取的氮气纯净,机械结构简单,自动控制程度度,体积小、效率高,所以目前最为先进的制氮设备,使用越来越广泛。
碳分子筛制氮机利用碳 碳的吸附分离作用制氮,吸附分离过程中包含有吸附、脱附两个过程。碳分子筛是用煤经精选、粉碎、成型、干燥、活化和热处理等工艺加工而成,具有超微孔的结晶结构。从平衡吸附角度看,碳分子筛对氧、氮有相近的吸附量,碳分子筛对氧、氮吸分离,实质上是气体分子在其中的扩散速度的差异来实现的,如在短时间内,直径较小的氧分子扩散速度,比直径较大的氮分子的扩散速度快400多倍,数分钟后,氧分子被分子筛大量吸附,吸附量达到90%以上,而氮的吸附量仅为5%,故而要选择最佳的吸附时间进行切换,使碳分子筛内部先吸附氧,得到富氮气体,当吸附过程达到平衡,则进行脱附,即用真空泵抽吸,一般设置双塔往复交替吸附、脱附,源源不断的产出氮气
2. 催化燃烧式降氧机
这种制氮机利用燃烧作用,除去空气中的氧,达到降氧的目的。催化燃烧可采用复方铬或铂为催化剂。以复方铬为类,机器开始工作时,首先由安装在催化燃烧反应器内部的电热元件,把催化剂预热到起燃温度260度(铂为320度),然后将可燃性气体(如丙烷)投入反应器,与用风机从保鲜库抽出的气体相混合,在催化剂作用下无焰燃烧放出的热量使催化反应的温度迅速上升。当温度升到580度(铂为780度)时,电热元件自动停止加热,以免破坏催化剂的活性,此时原料也停止进入反应器。当温度回落至580度以下时,燃料再次进入,继续进行催化燃烧反应(降氧)燃烧后的高温气体,通过热交换器与燃烧前的混合气体进行热交换而被冷却,再进入水冷式冷却器,最后被送回气调库。
催化燃烧式降气机工作时,需使用可燃气体,其易燃易爆性给运输、保管和使用带来不安全因素,并且在工作过程中,燃烧前后的气体既要加热又要冷却,能源和水资源消耗较大,因此催化燃烧式降氧机正在逐渐被淘汰。
3. 中空纤维制氮机
中空纤维制氮机出现在20世纪80年代, 由聚砜、乙基纤维素,三醋酸纤维素,磺化聚砜以及聚硅氧烷等制成的中空纤维膜组是中空纤维制氮机的核心部件,膜组由上百万根头发丝一样粗细的中空纤维并列缠绕而成。每根中空纤维壁为两层,一层是耐压性极强的多孔性材料层,起到机械支撑和提供通道的作用:另一屋是起分离作用的分子膜层。用空气压缩机使混合混合气体通过中空纤维膜时,由于各种气体在膜中溶解度和扩散系数不同,导致不同气体在膜中的相对渗透速率不同,渗透相对快的气体有H2O H2 HE CO2 O2 等,这些气体称为快气:渗透速率相对慢的气体有N2 CO AR等,这些气体称为慢气,混合气体在膜两则压力差的作用下,快气快速透过高压内则经由纤维壁渗出,进入膜的一侧被富集并被排出膜组,慢气则被膜滞留在膜的另一侧被富集,由膜组的另一端输出,从而达到空气中氧氮分离的目的。