CN116712828B - 一种过滤高压状态下提纯氮气的设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种过滤高压状态下提纯氮气的设备，涉及氮气纯化领域，包括底板、储存罐、出水管和螺杆空气压缩机，所述螺杆空气压缩机的输出端与所述储存罐的一侧中部固定连接。本发明中，通过5A分子筛板将液化的水珠吸附时，加压的气体进入多支管中，从若干喷嘴中喷向5A分子筛板，不仅能加速内部气体穿过5A分子筛板，加快氧气被吸附，且多点式的喷击产生的空气推力，推动液态氧从5A分子筛板中排出一部分，同时，联杆上下循环移动的过程中震动，有助于液体氧从5A分子筛板中滴落，双重作用下，延缓5A分子筛板达到吸附饱和的状态，提高其后期除氧的性能，进而提高氮气纯度。
Description
技术领域
本发明涉及氮气纯化技术领域，具体为一种过滤高压状态下提纯氮气的设备。
背景技术
氮气的化学性质很稳定，一般不与其他物质发生反应。这种惰性品质使它可以广泛应用于许多厌氧环境，比如用氮气将特定容器中的空气驱替置换，起到隔离、阻燃、防爆、防腐的作用。氮气的制备方法有很多，其中液态空气分馏法是最常用的方式，即先将空气加压降温变成液态空气，利用氧气与氮气的沸点不同(沸点氮气高于氧气)，来分离氧气与氮气。利用物理或化学的方法除去氮气中的杂质，工业上氮气除杂主要除去的氮气中的氧气，以提高氮气的纯度。
如中国专利CN110510586A公开了一种氮气提纯装置，包括罐体、过渡管、吸附管、吸附机构；所述的吸附机构包括第一吸附罩、第二吸附罩、旋转驱动机构；通过第一吸附罩的旋涡摩擦吸附以及第二吸附罩的打散扰动吸附，提高了此发明的提纯效果。
现有技术中，氮气纯化的过程中，会用到高效吸附剂和高效过滤器除去氮气中的杂质氧、水汽和尘埃等，其中高效吸附剂和高效过滤器以及相关设备组成一个吸附干燥器，用两只吸附干燥器并联，一只工作，同时另一只可以进行再生处理，相互交替工作和再生，以保证连续运行。
但是现有技术，高效干燥器在进行除氧的过程中，氮气中水分子会被5A分子筛物理吸附除去，而吸附了水分后的5A分子筛物理吸附能力下降，导致长时间工作后，除氧的效率会降低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种过滤高压状态下提纯氮气的设备，以解决上述背景技术提出的高效干燥器在进行除氧的过程中，氮气中水分子会被5A分子筛物理吸附除去，而吸附了水分后的5A分子筛物理吸附能力下降，导致长时间工作后，除氧的效率会降低的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种过滤高压状态下提纯氮气的设备，包括底板、储存罐、出水管和螺杆空气压缩机，所述螺杆空气压缩机的输出端与所述储存罐的一侧中部固定连接，所述储存罐的一侧中部固定连接有输出单向阀和输入单向阀，所述储存罐的外侧中部固定连接有补充端，所述输入单向阀位于所述输出单向阀的上方；
所述底板的上侧固定连接有提纯机构，所述提纯机构包括第一连接管、第二连接管和提纯罐，所述第一连接管的一端与所述输出单向阀的一端固定连接，所述第二连接管的一端与所述输入单向阀的一端固定连接，所述第一连接管的另一端固定连接有除杂组件；
所述提纯罐的内部活动卡接有除氧组件，所述除氧组件包括嵌合环，所述嵌合环与所述提纯罐的内壁活动卡接，所述嵌合环的一侧通过螺栓固定连接有5A分子筛板，所述嵌合环的另一侧固定连接有固定环，所述固定环的另一侧中部固定连接有连接座，所述连接座的另一侧中部固定连接有外壳体，所述外壳体的上下两端固定安装有流向盖，所述流向盖的进气端和出气端内部分别固定连接有单向阀，两个所述单向阀的方向相反，所述单向阀的出气端固定连接有多支管，所述多支管的管部固定连接有若干喷嘴，每个所述喷嘴对准所述5A分子筛板。
优选的，所述外壳体的外侧一侧固定连接有第一马达，所述第一马达的转动轴固定连接有凸块。
优选的，所述凸块的杆部与所述外壳体的中部转动连接，所述凸块的另一侧偏心处转动连接有齿轮。
优选的，所述齿轮的外侧啮合连接有齿环，所述齿环安装在所述外壳体的内部。
优选的，所述齿轮的轴部通过曲柄转动连接有联杆，所述联杆的上下两端分别转动连接有活塞柱。
优选的，所述活塞柱的外侧与所述外壳体内壁滑动卡接，所述凸块位于所述齿环的中部。
优选的，所述提纯罐的两端活动卡接有孔板，所述提纯罐的两侧通过螺栓固定有端盖。
优选的，所述孔板位于所述端盖的中部，所述提纯罐的内壁下侧开设有集水槽，所述提纯罐的下侧固定连接有出水阀。
优选的，其中一个所述端盖的外侧中部通过管道固定连接有柱形壳，其中另一个所述端盖的外侧中部与所述第二连接管的另一端固定连接，所述柱形壳的内腔固定安装有第二马达。
优选的，所述第二马达的转动轴固定安装有多组扇叶组和多组轴承，多个所述扇叶组和多个所述轴承交错分布，所述柱形壳的内壁上部固定连接有多组外层扇组，多组所述外层扇组和多组所述扇叶组交错分布，所述外层扇组的外侧固定连接有电池，所述第二马达通过导线与所述电池固定连接，所述电池的另一侧固定连接有连接块，所述连接块的另一端与其中一个所述端盖的外侧固定连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明中，气体中残留的氧气分子在加压下逐渐液化成水珠，5A分子筛板将液化的水珠吸附，联杆上下往复运动，会推动活塞柱在外壳体的内腔中向上移动，可加速内部气体穿过5A分子筛板，加速氧气被吸附，且该压强下，随着5A分子筛板吸收的液体越来越多，多点式的喷击产生的空气推力，将推动液态氧从5A分子筛板中排出一部分，同时，联杆上下循环移动的过程中，会通过外壳体带动嵌合环、固定环和5A分子筛板组成的框架，在提纯罐的内腔槽中震动，该震动也有助于液体氧从5A分子筛板中滴落，双重作用下，延缓5A分子筛板达到吸附饱和的状态，提高5A分子筛板后期除氧的性能，进而提高氮气纯度。
2、本发明中，通过补充端向储存罐内部注入处理过的空气，并启动螺杆空气压缩机对储存罐内部的空气进行加压，储存罐内部降温，空气加压降温变成液态空气，后续过程汇中，配合螺杆空气压缩机持续加压并保压，使得储存罐和提纯罐中的压强，能使得氧气始终液化成水珠，氮气以气体状态存在，而储存罐和提纯罐内部在阀门开启和管道连接后形成一个通路，气体在提纯罐内部流动，穿过多组5A分子筛板，实现后续连接除氧。
3、本发明中，通过设置除杂组件，打开输出单向阀，启动第二马达，第二马达带动多组扇叶组和多组轴承转动，多组扇叶组转动后在柱形壳中产生定向风速，使得储存罐内部的气体从输出单向阀中进入柱形壳，在多组扇叶组的助推下，进入到端盖中，而气体在经过柱形壳内部时，多组外层扇组交错分布在多组扇叶组之间，外层扇组是多孔材质，在输送气体的过程中，气体中残留的杂质等被多组外层扇组中扇叶吸附，实现除杂的作用。
附图说明
图1为本发明一种过滤高压状态下提纯氮气的设备的立体结构示意图；
图2为本发明一种过滤高压状态下提纯氮气的设备第二视角的立体结构示意图；
图3为本发明一种过滤高压状态下提纯氮气的设备中提纯机构的立体结构示意图；
图4为本发明一种过滤高压状态下提纯氮气的设备中提纯机构局部内部的立体结构示意图；
图5为本发明一种过滤高压状态下提纯氮气的设备中除氧组件的立体结构示意图；
图6为本发明一种过滤高压状态下提纯氮气的设备中外壳体内部的立体结构示意图；
图7为本发明一种过滤高压状态下提纯氮气的设备中联杆连接关系的立体结构示意图；
图8为本发明一种过滤高压状态下提纯氮气的设备中除杂组件分解的立体结构示意图。
图中：1、底板；2、储存罐；3、出水管；4、输出单向阀；5、补充端；6、提纯机构；61、第一连接管；62、除杂组件；621、柱形壳；622、扇叶组；623、轴承；624、外层扇组；625、电池；626、连接块；627、第二马达；63、第二连接管；64、提纯罐；65、孔板；66、端盖；67、出水阀；68、除氧组件；681、嵌合环；682、固定环；683、5A分子筛板；684、连接座；685、多支管；686、喷嘴；687、外壳体；688、第一马达；689、流向盖；690、单向阀；691、活塞柱；692、齿环；693、凸块；694、齿轮；695、联杆；610、集水槽；7、螺杆空气压缩机；8、输入单向阀。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施条例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
参照图1-8所示：一种过滤高压状态下提纯氮气的设备，包括底板1、储存罐2、出水管3和螺杆空气压缩机7，螺杆空气压缩机7的输出端与储存罐2的一侧中部固定连接，储存罐2的一侧中部固定连接有输出单向阀4和输入单向阀8，储存罐2的外侧中部固定连接有补充端5，输入单向阀8位于输出单向阀4的上方，底板1的上侧固定连接有提纯机构6，提纯机构6包括第一连接管61、第二连接管63和提纯罐64，第一连接管61的一端与输出单向阀4的一端固定连接，第二连接管63的一端与输入单向阀8的一端固定连接，第一连接管61的另一端固定连接有除杂组件62，提纯罐64的内部活动卡接有除氧组件68，除氧组件68包括嵌合环681，嵌合环681与提纯罐64的内壁活动卡接，嵌合环681的一侧通过螺栓固定连接有5A分子筛板683，嵌合环681的另一侧固定连接有固定环682，固定环682的另一侧中部固定连接有连接座684，连接座684的另一侧中部固定连接有外壳体687，外壳体687的上下两端固定安装有流向盖689，流向盖689的进气端和出气端内部分别固定连接有单向阀690，两个单向阀690的方向相反，单向阀690的出气端固定连接有多支管685，多支管685的管部固定连接有若干喷嘴686，每个喷嘴686对准5A分子筛板683，外壳体687的外侧一侧固定连接有第一马达688，第一马达688的转动轴固定连接有凸块693，凸块693的杆部与外壳体687的中部转动连接，凸块693的另一侧偏心处转动连接有齿轮694，齿轮694的外侧啮合连接有齿环692，齿环692安装在外壳体687的内部，齿轮694的轴部通过曲柄转动连接有联杆695，联杆695的上下两端分别转动连接有活塞柱691，活塞柱691的外侧与外壳体687内壁滑动卡接，凸块693位于齿环692的中部。
本实施例中，通过设置除氧组件68，气体中残留的氧气分子在加压下逐渐液化成水珠，5A分子筛板683将跟随气体的液化水珠吸附，同时，启动第一马达688，第一马达688将带动凸块693在齿环692中部转动，而凸块693将带动齿轮694在齿环692的内部啮合滚动，作偏心式扇形运动，两组齿轮694同步运动，稳定带动联杆695上下往复运动。
在联杆695向上的过程中，推动活塞柱691在外壳体687的内腔中向上移动，压缩该部分空腔中的气体，使其从其中一个单向阀690和流向盖689出气端中排出，加压的气体进入多支管685中后，从若干喷嘴686中喷向5A分子筛板683，此时的气体中大部分为氮气，少部分为氧气，喷向5A分子筛板683的过程中，不仅加速内部气体穿过5A分子筛板683，加速氧气被吸附，且在该压强下，被5A分子筛板683吸收的氧气是液体状态。
随着5A分子筛板683吸收的液体越来越多，多点式的喷击产生的空气推力，将推动液态氧从5A分子筛板683中排出一部分，同时，联杆695上下循环移动的过程中，会带动外壳体687上下震动，在连接座684的传导下，带动嵌合环681、固定环682和5A分子筛板683组成的框架，在提纯罐64的内腔槽中上下震动，该震动也有助于液体氧从5A分子筛板683中滴落，双重作用下，延缓5A分子筛板683达到吸附饱和的状态，提高5A分子筛板683后期除氧的性能，进而提高氮气纯度。
实施例二
根据图1-5所示，底板1的上侧固定连接有提纯机构6，提纯机构6包括第一连接管61、第二连接管63和提纯罐64，第一连接管61的一端与输出单向阀4的一端固定连接，第二连接管63的一端与输入单向阀8的一端固定连接，第一连接管61的另一端固定连接有除杂组件62，提纯罐64的内部活动卡接有除氧组件68，提纯罐64的两端活动卡接有孔板65，提纯罐64的两侧通过螺栓固定有端盖66，孔板65位于端盖66的中部，提纯罐64的内壁下侧开设有集水槽610，提纯罐64的下侧固定连接有出水阀67。
本实施例中，在空气进入储存罐2进行氮氧加压分离前，需要简单将空气中大颗粒杂质进行预处理，避免大颗粒杂质影响提纯。通过补充端5向储存罐2内部注入处理过的空气，并启动螺杆空气压缩机7，对储存罐2内部的空气进行加压，储存罐2内部降温，空气加压降温变成液态空气，由于氮气沸点高于氧气沸点，氧气会首先液化成水珠，从储存罐2的内壁上滑落到储存罐2内腔底部，氮气依然是气体状态。加压一段时间，打开输出单向阀4，在除杂组件62的作用下，气体在进入端盖66内腔后，从孔板65多个分布均匀的孔洞中进入提纯罐64，此时，打开输入单向阀8，螺杆空气压缩机7持续加压并保压，使得储存罐2和提纯罐64中的压强，始终保证氧气液化成水珠，氮气以气体状态存在，而储存罐2和提纯罐64内部在阀门开启和管道连接后形成一个通路，气体在提纯罐64内部流动，穿过多组5A分子筛板683，实现后续连续除氧。
实施例三
根据图1、图2、图3、图4和图8所示，其中一个端盖66的外侧中部通过管道固定连接有柱形壳621，其中另一个端盖66的外侧中部与第二连接管63的另一端固定连接，柱形壳621的内腔固定安装有第二马达627，第二马达627的转动轴固定安装有多组扇叶组622和多组轴承623，多个扇叶组622和多个轴承623交错分布，柱形壳621的内壁上部固定连接有多组外层扇组624，多组外层扇组624和多组扇叶组622交错分布，外层扇组624的外侧固定连接有电池625，第二马达627通过导线与电池625固定连接，电池625的另一侧固定连接有连接块626，连接块626的另一端与其中一个端盖66的外侧固定连接。
本实施例中，通过设置除杂组件62，打开输出单向阀4，启动第二马达627，第二马达627将带动多组扇叶组622和多组轴承623转动，多组扇叶组622转动后，在柱形壳621中产生定向风速，使得储存罐2内部的气体从输出单向阀4中进入柱形壳621，在多组扇叶组622的助推下，进入到端盖66中，而气体在经过柱形壳621内部时，多组外层扇组624交错分布在多组扇叶组622之间，外层扇组624是多孔材质，在输送气体的过程中，气体中残留的杂质等，被多组外层扇组624中扇叶吸附，实现除杂的作用。
本装置的使用方法及工作原理：在使用该过滤高压状态下提纯氮气的设备时，首先，通过补充端5向储存罐2内部注入处理过的空气，并启动螺杆空气压缩机7，对储存罐2内部的空气进行加压，储存罐2内部降温，空气加压降温变成液态空气，由于氮气沸点高于氧气沸点，氧气会首先液化成水珠，从储存罐2的内壁上滑落到储存罐2内腔底部，氮气依然是气体状态，加压一段时间。
接着，打开输出单向阀4，启动第二马达627，第二马达627带动多组扇叶组622和多组轴承623转动，多组扇叶组622转动后在柱形壳621中产生定向风速，使得储存罐2内部的气体，从输出单向阀4中进入柱形壳621，在多组扇叶组622的助推下，进入到端盖66中，而气体在经过柱形壳621内部时，多组外层扇组624交错分布在多组扇叶组622之间，外层扇组624是多孔材质，在输送气体的过程中，气体中残留的杂质等被多组外层扇组624中扇叶吸附，实现除杂的作用。
在气体在进入端盖66内腔后，从孔板65多个分布均匀的孔洞中进入提纯罐64，此时，打开输入单向阀8，螺杆空气压缩机7持续加压并保压，使得储存罐2和提纯罐64中的压强始终保证氧气液化成水珠，氮气以气体状态存在，而储存罐2和提纯罐64内部在阀门开启和管道连接后形成一个通路，气体在提纯罐64内部流动，穿过多组5A分子筛板683。
气体中残留的氧气分子在加压下逐渐液化成水珠，5A分子筛板683将液化的水珠吸附。同时，启动第一马达688，第一马达688带动凸块693在齿环692中部转动，凸块693带动齿轮694，在齿环692的内部啮合滚动，作偏心式扇形运动，两组齿轮694同步运动，稳定带动联杆695上下往复运动。
在联杆695向上的过程中，推动活塞柱691在外壳体687的内腔中向上移动，压缩该部分空腔中的气体从其中一个单向阀690和流向盖689出气端中排出，加压的气体进入多支管685中，从若干喷嘴686中喷向5A分子筛板683，此时的气体中大部分为氮气，少部分为氧气。喷向5A分子筛板683的过程中，不仅加速内部气体穿过5A分子筛板683，加速氧气被吸附，且在该压强下，被5A分子筛板683吸收的氧气是液体状态，随着5A分子筛板683吸收的液体越来越多，多点式的喷击产生的空气推力，推动液态氧从5A分子筛板683中排出一部分。
同时，联杆695上下循环移动的过程中，会带动外壳体687上下震动，在连接座684的传导下，带动嵌合环681、固定环682和5A分子筛板683组成的框架在提纯罐64的内腔槽中上下震动，该震动也有助于液体氧从5A分子筛板683中滴落，双重作用下，延缓5A分子筛板683达到吸附饱和的状态，提高5A分子筛板683后期除氧的性能，进而提高氮气纯度，最后液体氧滴落在提纯罐64内腔，经集水槽610汇聚到出水阀67中，将提纯后的氮气和液化氧分别收集。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种过滤高压状态下提纯氮气的设备，包括底板(1)、储存罐(2)、出水管(3)和螺杆空气压缩机(7)，其特征在于：所述螺杆空气压缩机(7)的输出端与所述储存罐(2)的一侧中部固定连接，所述储存罐(2)的一侧中部固定连接有输出单向阀(4)和输入单向阀(8)，所述储存罐(2)的外侧中部固定连接有补充端(5)，所述输入单向阀(8)位于所述输出单向阀(4)的上方；
所述底板(1)的上侧固定连接有提纯机构(6)，所述提纯机构(6)包括第一连接管(61)、第二连接管(63)和提纯罐(64)，所述第一连接管(61)的一端与所述输出单向阀(4)的一端固定连接，所述第二连接管(63)的一端与所述输入单向阀(8)的一端固定连接，所述第一连接管(61)的另一端固定连接有除杂组件(62)；
所述提纯罐(64)的内部活动卡接有除氧组件(68)，所述除氧组件(68)包括嵌合环(681)，所述嵌合环(681)与所述提纯罐(64)的内壁活动卡接，所述嵌合环(681)的一侧通过螺栓固定连接有5A分子筛板(683)，所述嵌合环(681)的另一侧固定连接有固定环(682)，所述固定环(682)的另一侧中部固定连接有连接座(684)，所述连接座(684)的另一侧中部固定连接有外壳体(687)，所述外壳体(687)的上下两端固定安装有流向盖(689)，所述流向盖(689)的进气端和出气端内部分别固定连接有单向阀(690)，两个所述单向阀(690)的方向相反，所述单向阀(690)的出气端固定连接有多支管(685)，所述多支管(685)的管部固定连接有若干喷嘴(686)，每个所述喷嘴(686)对准所述5A分子筛板(683)；
所述外壳体(687)的外侧一侧固定连接有第一马达(688)，所述第一马达(688)的转动轴固定连接有凸块(693)；
所述凸块(693)的杆部与所述外壳体(687)的中部转动连接，所述凸块(693)的另一侧偏心处转动连接有齿轮(694)；
所述齿轮(694)的外侧啮合连接有齿环(692)，所述齿环(692)安装在所述外壳体(687)的内部；
所述齿轮(694)的轴部通过曲柄转动连接有联杆(695)，所述联杆(695)的上下两端分别转动连接有活塞柱(691)；
所述活塞柱(691)的外侧与所述外壳体(687)内壁滑动卡接，所述凸块(693)位于所述齿环(692)的中部。
2.根据权利要求1所述的一种过滤高压状态下提纯氮气的设备，其特征在于：所述提纯罐(64)的两端活动卡接有孔板(65)，所述提纯罐(64)的两侧通过螺栓固定有端盖(66)。
3.根据权利要求2所述的一种过滤高压状态下提纯氮气的设备，其特征在于：所述孔板(65)位于所述端盖(66)的中部，所述提纯罐(64)的内壁下侧开设有集水槽(610)，所述提纯罐(64)的下侧固定连接有出水阀(67)。
4.根据权利要求3所述的一种过滤高压状态下提纯氮气的设备，其特征在于：其中一个所述端盖(66)的外侧中部通过管道固定连接有柱形壳(621)，其中另一个所述端盖(66)的外侧中部与所述第二连接管(63)的另一端固定连接，所述柱形壳(621)的内腔固定安装有第二马达(627)。
5.根据权利要求4所述的一种过滤高压状态下提纯氮气的设备，其特征在于：所述第二马达(627)的转动轴固定安装有多组扇叶组(622)和多组轴承(623)，多个所述扇叶组(622)和多个所述轴承(623)交错分布，所述柱形壳(621)的内壁上部固定连接有多组外层扇组(624)，多组所述外层扇组(624)和多组所述扇叶组(622)交错分布，所述外层扇组(624)的外侧固定连接有电池(625)，所述第二马达(627)通过导线与所述电池(625)固定连接，所述电池(625)的另一侧固定连接有连接块(626)，所述连接块(626)的另一端与其中一个所述端盖(66)的外侧固定连接。
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