在工業(yè)氣體供應(yīng)領(lǐng)域，現(xiàn)場制氮（PSA制氮機(jī)與膜分離制氮機(jī)）因其便捷與經(jīng)濟(jì)性已成為眾多企業(yè)的首選。在選擇合適的制氮機(jī)和空壓機(jī)時，我們經(jīng)常會遇到一個問題：已知制氮機(jī)的流量和純度，如何計算空壓機(jī)所需的流量呢？

這個問題的答案，直接關(guān)系到初期設(shè)備投資與長期運行能耗成本。合理的空氣量配置需要綜合考慮氮氣流量、純度要求、海拔高度、分子篩選型以及進(jìn)出口壓力等因素。本文將深入淺出地為您解析其計算方法，并重點介紹關(guān)鍵指標(biāo)——“制氮機(jī)空氮比”。

一、氮氣流量與純度

在制氮機(jī)中，業(yè)主會提供氮氣流量和純度，這是最基礎(chǔ)的關(guān)鍵參數(shù)決定了系統(tǒng)的整體空氣需求。我們要知道空壓機(jī)所需的流量就需要了解：空氮比。一般而言，制氮機(jī)的“空氮比”是指制氮機(jī)中壓縮空氣量與產(chǎn)出氮氣量的比值。例如，當(dāng)制氮機(jī)的空氮比為3∶1時，意味著生產(chǎn)1立方米氮氣需要約3立方米的壓縮空氣。
氮氣純度越高，意味著系統(tǒng)需要更充分地分離氧氣、二氧化碳和水分，分子篩吸附量也隨之增加，因此壓縮空氣量需求會相應(yīng)增大。通常，99.5%的氮氣純度空氮比約為4.5∶1，而當(dāng)純度達(dá)到99.9%時，空氮比可提高到5∶1甚至更高。反之，如果純度要求較低，例如95%—98%，空氮比可降至2.5∶1—3.5∶1之間。因此，氮氣純度的提升直接導(dǎo)致壓縮空氣量的增加，是設(shè)計制氮機(jī)空氮比時的關(guān)鍵依據(jù)。（此處空氮比僅為舉例，還是要根據(jù)分子篩的型號來調(diào)整）

二、影響空氮比的因素：海拔

海拔對制氮機(jī)性能的影響往往被忽視，但也會影響到空氮比。隨著海拔升高，空氣密度降低，單位體積空氣中所含氧氮分子數(shù)減少，導(dǎo)致壓縮機(jī)單位流量下的進(jìn)氣量下降。為保證制氮機(jī)輸出氮氣流量不變，需要增大壓縮機(jī)的排氣量。

一般來說，在海拔1000米以下，同樣的分子篩型號和制氮設(shè)備其中空氮比不會差別太大。但是1000米之后，每升高1000米，空氣密度約下降10%—12%。例如在海拔3000米地區(qū)運行的制氮機(jī)，實際空氣供給需比平原地區(qū)增加約30%—35%。因此，海拔修正是空氣量計算中必須考慮的重要參數(shù)，尤其在高原地區(qū)使用時，更需重新核定制氮機(jī)空氮比。

三、分子篩選型影響制氮機(jī)的空氮比

制氮機(jī)常用的碳分子篩（CMS）型號不同，其吸附特性、速度以及選擇性也不同。高性能分子篩如J-type或新型復(fù)合型CMS，具有更高的氧吸附速率和選擇性，在相同工況下可以減少空氣消耗，提高氮氣產(chǎn)率。
例如，普通分子篩制氮機(jī)空氮比約為4.5∶1，而使用高效分子篩后可降低至3.5∶1甚至更低。這意味著在保持同等純度下，壓縮空氣需求可減少約20%—30%。因此，選擇合適的分子篩不僅能節(jié)省能耗，還能有效優(yōu)化壓縮空氣量計算結(jié)果，提高制氮機(jī)運行經(jīng)濟(jì)性。

此外，分子篩的裝填質(zhì)量也會影響吸附效果。專業(yè)的密相裝填技術(shù)能確保分子篩床層緊密、無溝流。裝填不實會導(dǎo)致氣流短路，大量氧氣未被吸附即穿透，導(dǎo)致回收率暴跌與空氮比急劇惡化。比如盛爾采用旋風(fēng)式氣流擴(kuò)散器，吸附塔下部設(shè)有特殊的氣流擴(kuò)散分布裝置，使氣體在擴(kuò)散時呈“S”螺旋形流動，和碳分子篩接觸時呈“W”形流動，這不僅大大降低了氣體對碳分子篩的沖擊力，也使氣體在吸附過程中更加均勻，并有效防止吸附“死角”和產(chǎn)生隧道效應(yīng)，有利于提高氮氣純度和保證碳分子篩的使用壽命。

另外，制氮機(jī)的進(jìn)氣壓力和出氣壓力同樣影響空氮比。通常情況下，進(jìn)氣壓力越高，空氣壓縮后單位體積中氮分子濃度更高，吸附塔利用效率更好，空氮比相應(yīng)下降。

綜上所述，制氮機(jī)中壓縮空氣量的計算是多因素綜合平衡的結(jié)果。氮氣流量與純度是基礎(chǔ)，海拔高度決定修正比例，分子篩選型影響吸附效率，而進(jìn)出口壓力則決定空氣系統(tǒng)的能耗水平。只有在全面考慮這些參數(shù)的基礎(chǔ)上，才能準(zhǔn)確確定制氮機(jī)空氮比，實現(xiàn)系統(tǒng)的高效穩(wěn)定運行。通過科學(xué)計算與合理配置，不僅能降低能耗，還能提升制氮機(jī)整體性能，為企業(yè)帶來更高的經(jīng)濟(jì)效益。