Как работает генератор азота? Полное руководство

Что такое генератор азота? Обзор

В промышленных процессах азот является полезным инертным газом, который используется во многих сферах, включая консервирование продуктов питания, обеспечение безопасности на химических предприятиях и т. д. Раньше азот получали, заказывая его в криогенных баллонах или баллонах, которые доставляли на место. Однако генератор азота изменил способ получения этого ключевого элемента в современном бизнесе.

Как известно, атмосферный воздух состоит примерно из 78% молекул азота, 21% молекул кислорода и других газов, таких как углекислый газ. Он выделяется из окружающего воздуха с помощью генератора азота, который заменяет традиционные способы подачи, является более непрерывным, недорогим и надежным. Эта установка настраивается под конкретные требования к расходу и чистоте, выступая в качестве специализированного производственного блока. Такая доступность по требованию снижает вероятность возникновения логистических проблем и проблем с цепочкой поставок, позволяя предприятиям управлять поставками азота.

Типы генераторов азота

Эти генераторы достигают одного и того же конечного результата - бесперебойной подачи азота - но используют разные методы, каждый из которых имеет свои преимущества и целесообразное применение. Два основных типа, которые составляют основную массу промышленных установок, - это:

Мембранный генератор азота

Мембранный генератор азота использует азотную мембрану для извлечения азота из других элементов, содержащихся в сжатом воздухе. В этой технологии используется принцип работы, называемый селективной проницаемостью, который основан на отделении более крупных молекул от более мелких. Молекулы кислорода и водяные пары могут проникать через мембраны, а молекулы азота задерживаются из-за их большего размера. Этот метод разделения позволяет получать обогащенные азотом газовые потоки от 95% до 99%, которые состоят из незначительного количества примесей.

Мембранные генераторы азота выгодно отличаются удобством и простотой эксплуатации. В таких генераторах уменьшено количество движущихся компонентов, что делает их более устойчивыми к вибрации, коррозии и износу. Эти генераторы также идеально подходят для использования в спринклерных системах пожаротушения, в некоторых промышленных приложениях и даже в некоторых областях фармацевтической промышленности, где требуется умеренная чистота азота.

Эффективность мембранной системы получения азота зависит от качества потока сжатого воздуха, размера пор и скорости потока. В этом методе нет сложных процессов адсорбционного разделения кислорода, поэтому его можно использовать в системах, где требуется бесперебойная подача азота без высоких требований к обслуживанию.

Адсорбция с поворотом давления (PSA)

Газогенератор с системой адсорбции под давлением (PSA) - это новый и сложный генератор азота, обладающий большей точностью по сравнению с предыдущими моделями азотных генераторов. По своей сути PSA использует молекулярное сито для фильтрации азота от других газов, в основном кислорода, в сжатом воздухе. Этот процесс включает в себя использование циклов давления для улавливания кислорода и пропускания азота.

Процесс PSA - это циклический процесс, в котором обычно используются два адсорбционных сосуда, заполненных материалом молекулярного сита. В первый сосуд подается сжатый воздух под высоким давлением, где молекулярное сито адсорбирует кислород, водяной пар и углекислый газ, и собирается азот с чистотой 99,9% или выше. Когда молекулярное сито в первой емкости заполняется, система переходит во вторую емкость, содержащую свежее молекулярное сито, прошедшее регенерацию. В то же время в первой емкости происходит разгерметизация, уловленные газы высвобождаются, и молекулярное сито готово к следующему циклу. Благодаря постоянному переключению между емкостями азот подается без пауз.

Азотные генераторы PSA особенно подходят для тех областей применения, где требуется высокая чистота азота, например, для газовой хроматографии, фармацевтики и противопожарной защиты. Хотя стоимость систем PSA несколько выше, чем стоимость систем на основе мембран, первые предпочтительнее из-за их способности производить азот с очень высокой чистотой более 99,999% (обычно в диапазоне от 99,5% до 99,999%).

Степень чистоты азота, получаемого в системе PSA, зависит от качества и типа используемого молекулярного сита. Джалон является профессиональным производителем адсорбенты с молекулярными ситами с более чем 20-летним опытом работы и повышенным вниманием к качеству. Обладая 112 патентами, компания Jalon специализируется на исследовании и производстве передовых молекулярных сит, которые обеспечивают высокую прочность на сжатие, высокую насыпную плотность и исключительные адсорбционные характеристики. Это гарантирует, что наши молекулярные сита обеспечивают постоянное и надежное снабжение азотом для различных применений.

Основные компоненты генератора азота

Как работает генератор азота? Пошаговый процесс

Хотя процедуры могут немного отличаться в зависимости от типа генератора азота (мембранный или PSA), суть процесса одинакова: взять воздух из окружающей среды и выделить из него азот, чтобы обеспечить азот необходимой чистоты и расхода для различных отраслей промышленности. Теперь давайте пошагово рассмотрим следующее:

Шаг 1: Сжатие воздуха

Процесс начинается с воздушного компрессора, который всасывает воздух из окружающей среды и сжимает его до определенного давления. Необходимое давление зависит от типа генератора и требуемого уровня чистоты и обычно составляет от 5 до 10 бар для большинства систем PSA. С другой стороны, мембранные системы работают при относительно низком давлении, обычно в диапазоне от 4 до 7 бар.

Шаг 2: Предварительная обработка воздуха

Воздух, подлежащий разделению, сначала проходит предварительную обработку, чтобы удалить все нежелательные материалы, которые могут присутствовать в нем. Для этого воздух фильтруется для удаления пыли, частиц и масла, а затем используется осушитель воздуха для удаления влаги. Из всех факторов, влияющих на производительность PSA и мембранного разделения, влажность является ключевой проблемой и одной из самых сложных в управлении.

Шаг 3: Процесс разделения газов

В мембранном генераторе азота сжатый воздух проходит через мембранные системы, где молекулы кислорода, водяной пар и другие примеси отделяются от азота.

В генераторе азота PSA происходит процесс адсорбции кислорода, когда кислород избирательно адсорбируется молекулярным ситом, а молекулы азота проходят через него.

Шаг 4: Хранение азота (необязательно)

В тех случаях, когда азот требуется постоянно, полученный азот хранится в резервуарах. Такое хранение помогает поддерживать стабильную скорость потока даже при временном увеличении скорости потока.

Шаг 5: последующая обработка азотом (необязательно)

В некоторых случаях азот может быть подвергнут окончательной обработке, которая может включать дальнейшую очистку для удаления любых остаточных примесей с целью достижения определенного уровня чистоты для конкретных применений.

Преимущества использования генератора азота перед традиционными способами подачи

Использование генератора азота на объекте имеет множество преимуществ по сравнению с другими способами подачи азота, такими как баллоны или доставка жидкого азота. К наиболее важным преимуществам можно отнести снижение затрат, повышение надежности и безопасности.

Экономия средств и эффективность

Основное преимущество использования генератора азота заключается в том, что его эксплуатация обходится относительно дешевле. В отличие от баллонов с азотом, обслуживание которых обходится недешево за счет оплаты доставки, аренды баллонов и других административных расходов, генератор азота подает азот по мере необходимости. Это позволяет отказаться от постоянных расходов, что в конечном итоге приводит к экономии средств. Для отраслей, использующих азот в больших количествах, затраты на приобретение генератора окупятся в долгосрочной перспективе, поскольку это дешевле, чем заказывать азот оптом или арендовать баллоны.

Надежность и удобство

Выездной генератор азота гарантирует постоянное и стабильное снабжение азотом, не подверженное опасности зависимости от третьих лиц. Предприятиям не нужно беспокоиться о запасах баллонов, доставке или отсутствии азота в тот или иной момент. Это означает, что азот будет постоянно поступать в любое время, когда это необходимо, что обеспечит бесперебойную и эффективную работу предприятия.

Безопасность и простота эксплуатации

Баллоны с азотом сопряжены с определенными рисками, такими как утечка азота, риски, связанные с давлением, правильным хранением и вентиляцией. Однако эти риски устраняются при использовании генератора азота, поскольку азот вырабатывается внутри установки, поэтому нет необходимости работать с баллонами высокого давления. Это приводит к сокращению числа несчастных случаев, которые могут произойти при транспортировке и обращении с баллонами.

Контроль чистоты

Генераторы азота позволяют генерировать азот той степени чистоты, которая необходима для конкретного применения. В отличие от других методов, которые могут обеспечить меньший контроль, генерация на месте гарантирует, что азот будет нужной чистоты для повышения производительности и качества.

Экологические преимущества

Производство азота на месте также имеет ряд экологических преимуществ. Это связано с тем, что предприятиям не нужно перевозить баллоны с азотом или жидкий азот, что помогает сократить углеродный след. Кроме того, производство азота на месте является менее расточительным, особенно по сравнению с жидким азотом, который, как известно, подвержен потерям при испарении во время хранения и использования.

Такие преимущества, как стоимость, надежность, безопасность и экологичность, делают азотные генераторы подходящими для отраслей, нуждающихся в постоянной и качественной подаче азота.

Общие области применения генераторов азота в различных отраслях промышленности

Генераторы азота стали незаменимы в различных областях благодаря удобству постоянного снабжения азотом высокой чистоты. Ниже перечислены некоторые области применения генераторов азота:

Фармацевтическая промышленность

Газообразный азот используется в фармацевтической промышленности в различных целях, например, для упаковки лекарств, хранения препаратов и в лабораторных условиях. Азот высокой чистоты помогает избежать окисления продукта, увлажнения и размножения микроорганизмов, что повышает стабильность и безопасность продукта.

Противопожарная промышленность

В противопожарной промышленности газ азот используется для уменьшения коррозии в спринклерных системах пожаротушения. Это связано с тем, что при замене насыщенного кислородом воздуха молекулами азота в спринклерных трубах вероятность коррозии значительно снижается, что увеличивает срок службы системы.

Пищевая промышленность и производство напитков

При упаковке пищевых продуктов используется газообразный азот, создающий среду, которая снижает скорость окисления и активность микроорганизмов, что увеличивает срок хранения продуктов. В прошлом использовались баллоны с азотом, но современные мембранные системы генерации азота дешевле и подают азот непрерывным потоком в упаковочные линии.

Электроника и производство

Среди отраслей, где используется азот, - производство электроники, лазерная резка и газовая хроматография, где азот применяется для минимизации загрязнения и окисления. Система генератора азота обеспечивает постоянную температуру азота, а также контролирует расход азота, что улучшает производственный процесс.

Нефтегазовая промышленность

Генераторы азота PSA используются в нефтегазовой промышленности для обеспечения заполнения резервуаров и трубопроводов инертным газом. Это связано с тем, что при замене кислорода чистым азотом вероятность сгорания и окисления значительно снижается.

Выбор генератора, соответствующего вашим потребностям

Выбор правильного генератора азота имеет решающее значение для правильного функционирования, экономичности и требуемой производительности азота для процесса. Ниже приведено руководство, которому можно следовать, чтобы облегчить выбор:

Разберитесь в технологических возможностях

Прежде всего, необходимо различать два основных типа генерации азота - PSA и мембранный. PSA-генераторы особенно подходят для получения азота высокой чистоты (более 99,9%) за счет использования молекулярного сита для разделения. Они наиболее подходят для использования там, где необходимо поддерживать высокую чистоту обрабатываемой жидкости, но они более энергоемки из-за необходимости их периодической регенерации. Мембранные системы более энергоэффективны и менее сложны, поэтому подходят для применения там, где не требуется высокая чистота (до 99,5%).

Знайте свои требования к чистоте

Во-вторых, определите необходимый уровень чистоты. В таких отраслях, как фармацевтическая или полупроводниковая, часто требуется уровень чистоты выше 99,9%, и именно здесь пригодятся генераторы азота PSA. С другой стороны, в таких областях, как упаковка пищевых продуктов, может потребоваться азот с чистотой до 99,5%, что хорошо подходит для мембранных генераторов азота.

Рассчитайте необходимую скорость потока

Во-вторых, оцените расход азота, который обычно выражается в литрах в минуту (LPM) или кубических метрах в час (Нм³/ч). При этом следует учитывать как текущие, так и будущие потребности. Системы PSA идеально подходят для приложений, требующих высокой чистоты газа и высокой скорости потока, в то время как мембранные системы идеальны для низких и стабильных скоростей потока.

Учитывайте особенности установки и эксплуатации Окружающая среда

Мембранные генераторы компактны по размеру и поэтому занимают меньше места, чем системы PSA, которым требуется место для адсорбционных емкостей. Также проверьте качество сжатого воздуха, используемого в вашем помещении, и температуру окружающей среды, поскольку они влияют на работу системы.

Энергоэффективность и будущий рост

Энергия также является одним из основных факторов, влияющих на стоимость эксплуатации, поэтому ищите модели, которые более энергоэффективны. Системы PSA, как правило, более энергоемки из-за процесса регенерации, в то время как мембранные системы - это непрерывные процессы с меньшими энергозатратами. Кроме того, рекомендуется выбирать генератор с достаточной мощностью для будущего роста или использовать модульную систему.

Общая стоимость владения

Помимо первоначальной стоимости, подумайте о затратах на использование продукта с точки зрения потребления энергии, технического обслуживания и замены деталей, таких как фильтры. Выбирайте производителей с хорошей репутацией, которые предоставляют качественное оборудование и хорошее обслуживание клиентов после продажи.

Таким образом, учитывая эти факторы, вы сможете выбрать генератор азота, который будет соответствовать требованиям вашего предприятия с точки зрения производительности и стоимости.

Техническое обслуживание для оптимальной работы генератора азота

Техническое обслуживание имеет решающее значение для обеспечения надежности, эффективности и долговечности вашего азотного генератора. Техническое обслуживание снижает вероятность того, что вам придется тратить много денег на ремонт, позволяет избежать перебоев в работе и гарантирует стабильное производство азота для важных применений.

Обычный Фильтр Замена

Фильтры очень важны для защиты вашего азотного генератора. Они удаляют водяной пар, пыль и масло из сжатого воздуха, обеспечивая тем самым подачу азота высокой чистоты. Со временем эти фильтры засоряются, что может привести к снижению эффективности работы системы и внутренних деталей. Рекомендуется менять фильтры предварительной и последующей очистки так часто, как указано производителем, чтобы обеспечить эффективную работу системы и высокую чистоту азота.

Регенерация молекулярных сит (системы PSA)

В генераторах азота PSA в процессе отделения азота от кислорода используются молекулярные сита. Эти сита необходимо время от времени регенерировать, чтобы восстановить их адсорбционную способность. Если регенерация не проводится должным образом, чистота азота может снизиться до уровня ниже рекомендуемого 99,9%. Важно обеспечить правильное проведение циклов регенерации, чтобы поддерживать постоянное производство азота.

Контроль давления и расхода

Давление и скорость потока должны поддерживаться постоянными, чтобы азот вырабатывался с нужной скоростью. Убедитесь, что воздушный компрессор, системы PSA и мембранные блоки часто калибруются, чтобы избежать изменений давления, которые могут помешать разделению газов. Поддержание системы в указанных пределах снижает вероятность сбоев и гарантирует получение азота надлежащего качества.

Устранение утечек и вибрации

Небольшие утечки или чрезмерная вибрация могут создать огромные проблемы для генератора, поскольку он будет потреблять больше энергии и производить меньше азота. Проверьте любые признаки утечки, особенно в местах соединений, клапанов и труб, и устраните их как можно скорее. Вибрация пагубно влияет на систему и ее компоненты, поэтому ее минимизация полезна для долговечности системы.

Поддерживать Воздушный компрессор и сушилка

Воздушный компрессор и осушитель воздуха - два важных компонента в процессе производства азота. Компрессор следует обслуживать в соответствии с рекомендациями производителя, включая замену масла и фильтров. Также необходимо проверять осушитель воздуха, поскольку влажный воздух влияет как на PSA, так и на мембранные системы. Для осушителей влагопоглощающего типа всегда соблюдайте рекомендованный график регенерации или замены, чтобы избежать накопления влаги.

Эти рекомендации помогут вам получить максимальную отдачу от вашего азотного генератора с точки зрения производительности, долговечности и стоимости азота, поставляемого на ваши предприятия.

Заключение

В целом, генераторы азота имеют больше преимуществ по сравнению с такими методами подачи, как жидкий азот, и к ним относятся: стоимость, надежность и безопасность. Таким образом, очень важно понимать два основных типа генераторов, PSA и мембранные, которые могут быть выбраны в зависимости от чистоты азота, скорости потока и энергопотребления, требуемых предприятием. Правильное техническое обслуживание поможет убедиться, что система работает оптимально, обеспечивая высокую чистоту азота и одновременно снижая частоту простоев и затраты на эксплуатацию системы.

Что касается будущего, то ожидается дальнейшее развитие отрасли производства азота с точки зрения технологий и производительности. Ожидается, что новые разработки в области мембранных материалов и молекулярных сит для систем PSA повысят чистоту азота и снизят энергопотребление. Кроме того, растущая автоматизация и интеграция IoT могут обеспечить более точный контроль, мониторинг состояния и управление энергопотреблением. По мере того как промышленность будет уделять все больше внимания экологичности, генераторы азота также будут меняться таким образом, чтобы помочь снизить воздействие на окружающую среду, предлагая при этом надежный источник азота по требованию.

Другими словами, генераторы азота - это долгосрочная инвестиция, которая не только облегчает работу, но и способствует достижению экологических и экономических целей.

ВОПРОСЫ И ОТВЕТЫ

В: Можно ли регулировать скорость потока и чистоту азота по мере необходимости?

A: Многие генераторы азота позволяют регулировать скорость потока и чистоту азота для удовлетворения различных требований.

В: Могут ли азотные генераторы работать в экстремальных условиях?

A: Большинство генераторов азота могут работать в различных промышленных условиях, но экстремальные температуры, влажность или загрязнение могут повлиять на их работу. В таких условиях могут потребоваться специальные конструкции или дополнительные меры защиты.

В: Является ли производство азота на месте экологически безопасным?

A: Да, производство на месте снижает транспортные выбросы, минимизирует потери азота и может быть интегрировано с возобновляемыми источниками энергии для более экологичного производства.