高純氮氣發(fā)生器是一種用于產(chǎn)生高純度氮氣的設(shè)備，在多個領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。其工作原理基于空氣分離技術(shù)，主要通過物理吸附法和電化學(xué)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(shù)實現(xiàn)上，高純氮氣發(fā)生器利用電解池設(shè)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(yīng)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(shù)或膜分離技術(shù)，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(yīng)用的要求。
　　高純氮氣發(fā)生器其常見的結(jié)構(gòu)組成：
　　1、空氣供應(yīng)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(shè)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(shè)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(shè)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(shè)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(dāng)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(guān)鍵部件。通過程序控制器按照設(shè)定的時間和順序控制閥門的開關(guān)，實現(xiàn)各個吸附塔的準(zhǔn)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(gòu)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(yù)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(xué)反應(yīng)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(zé)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(yù)設(shè)的程序和參數(shù)，實現(xiàn)設(shè)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(biāo)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(shè)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(shè)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(shè)備的啟停操作、參數(shù)設(shè)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(shè)備的運行情況，及時處理各種異常情況，提高設(shè)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(yīng)。
　　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(shè)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(shè)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(shè)備，如戶外或潮濕環(huán)境，外殼還需要具備相應(yīng)的防護等級和密封措施。
　　框架：用于支撐和固定設(shè)備的各個部件，保證設(shè)備的結(jié)構(gòu)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(shè)備的重量和運行過程中的振動和沖擊。