CN211346051U - 氮气分离液化装置 - Google Patents

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Abstract

一种氮气分离液化装置，包括用于压缩空气的压缩机、用于将压缩空气中的氮气分离的分离机构、用于降低氮气温度的液化机构和用于储存液氮的存储罐，压缩机、分离机构、液化机构和存储罐依次通过气体管路连接；液化机构包括换热罐和安装于换热罐上的制冷机，换热罐包括罐体、固定于罐体顶部的安装管、固定于罐体底部的排液管以及固定于罐体侧面的进气管，进气管与分离机构连接，排液管与存储罐连接，制冷机安装于安装管上。本实用新型提供的氮气分离液化装置，采用分离机构将空气中的氮气分离出来，然后通过制冷机冷却液化，降低了氮气分离的温度控制要求，简化了装置，能够缩小装置占地面积，降低投入成本。

Description

氮气分离液化装置
技术领域
本实用新型属于空气液化技术领域，更具体地说，是涉及一种氮气分离液化装置。
背景技术
液氮是一种较为方便的冷源，在生产和科研等领域的应用非常普遍。工业上生产液氮的方法主要是先液化再分离的方法。如以空气为原料，经过压缩、净化，再利用热交换使空气液化成为液态空气；液态空气主要是液氧和液氮的混合物，然后利用液氧和液氮的沸点不同，通过液态空气的精馏，使它们分离来获得液氮，最后将液氮罐装。这种深冷空分设备对空气的温度控制要求较高，设备复杂、占地面积大，成本高。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种氮气分离液化装置，包括但不限于解决现有技术中的深冷空分设备对空气的温度控制要求较高，设备复杂、占地面积大，成本高的技术问题。
为解决上述技术问题，本实用新型实施例提供了一种氮气分离液化装置，包括用于压缩空气的压缩机、用于将所述压缩空气中的氮气分离的分离机构、用于降低氮气温度的液化机构和用于储存液氮的存储罐，所述压缩机、所述分离机构、所述液化机构和所述存储罐依次通过气体管路连接；所述液化机构包括换热罐和安装于所述换热罐上的制冷机，所述换热罐包括罐体、固定于所述罐体顶部的安装管、固定于所述罐体底部的排液管以及固定于所述罐体侧面的进气管，所述进气管与所述分离机构连接，所述排液管与所述存储罐连接，所述制冷机安装于所述安装管上。
进一步地，所述换热罐为双层结构，所述换热罐的内壁与外壁之间设有真空腔。
进一步地，所述罐体的底部呈漏斗状。
进一步地，所述制冷机为斯特林制冷机，所述斯特林制冷机的驱动端固定于所述安装管的开口处，所述斯特林制冷机的冷头伸入所述罐体内。
进一步地，所述斯特林制冷机的冷头上安装有呈螺旋状的换热头。
进一步地，所述进气管位于所述罐体上对应所述换热头的位置。
进一步地，所述压缩机和所述分离机构之间设有过滤器。
进一步地，所述分离机构为膜分离机构，所述过滤器与所述膜分离机构之间设有加热器。
进一步地，所述分离机构为变压吸附机构。
进一步地，所述分离机构与所述换热罐的进气管之间安装有第一控制阀，所述存储罐为杜瓦罐，所述存储罐上安装有用于将液氮输出的液氮输出管，所述液氮输出管上安装有第二控制阀。
本实用新型提供的氮气分离液化装置，采用分离机构将空气中的氮气分离出来，然后通过制冷机冷却液化，降低了氮气分离的温度控制要求，简化了装置，能够缩小装置占地面积，降低投入成本。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型实施例提供的氮气分离液化装置的结构示意图；
图2为图1中液化机构的立体结构示意图；
图3为图2中液化机构的透视图；
图4为图2中制冷机及换热头的立体结构示意图；
图5为图2中换热罐的剖视图。
其中，图中各附图标记：
11—压缩机、12—过滤器、13—加热器、14—分离机构、15—液化机构、151—制冷机、1511—驱动端、1512—冷头、152—换热罐、1520—真空腔、1521—罐体、1522—进气管、1523—排液管、1524—安装管、153—换热头、16—存储罐、171—第一控制阀、172—第二控制阀、173—液氮输出管。
具体实施方式
下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
请一并参阅图1及图2，现对本实用新型提供的氮气分离液化装置进行说明。所述氮气分离液化装置，包括压缩机11、分离机构14、液化机构15和存储罐16，压缩机11、分离机构14、液化机构15和存储罐16依次通过气体管路连接；压缩机11用于压缩空气，分离机构14用于将压缩空气中的氮气分离，液化机构15用于降低氮气温度、以使氮气液化，存储罐16用于存储液氮。液化机构15包括换热罐152和制冷机151，制冷机151安装在换热罐152上；换热罐152包括罐体1521、进气管1522、排液管1523和安装管1524，进气管1522固定在管体侧面，排液管1523固定在管体底部，安装管1524固定在管体顶部，进气管1522与分离机构14连接，排液管1523与存储罐16连接，制冷机151安装在安装管1524上。在空气经过压缩后，通过分离机构14将氮气与压缩空气中的其它成分分离，然后将压缩的氮气输送至液化机构15，将氮气通过制冷机151降温制成液氮，存储罐16可收集和存储液氮，以供使用。通过分离机构14能够将氮气由气态分离出来，降低了对温度控制的要求；同时，采用制冷机151能够根据需要设计液氮产量，结构更加简单，减小了对场地的依赖，降低了投入成本，可满足生产和科研等单位的液氮使用需求。
进一步地，请参阅图3及图5，作为本实用新型实施例提供的氮气分离液化装置的一种具体实施方式，换热罐152为双层结构，换热罐152的外壁和内壁之间设有真空腔1520。采用真空腔1520能够降低换热罐152内外之间的传热效率，提高制冷机151的制冷效率。
可选地，请参阅图2、图3及图5，作为本实用新型实施例提供的氮气分离液化装置的一种具体实施方式，罐体1521的底部呈漏斗状，在制冷机151将氮气转化为液氮后，液氮能够被罐体1521的底部收集，然后经排液管1523流入存储罐16中，采用漏斗状便于液氮及时排出。
可选地，请参阅图3，作为本实用新型实施例提供的氮气分离液化装置的一种具体实施方式，制冷机151为斯特林制冷机，斯特林制冷机包括驱动端1511和冷头1512，驱动端1511安装在安装管1524的开口处，冷头1512伸入罐体1521中，这样便于冷头1512与氮气的充分接触制冷，加速罐体1521内氮气的降温和液化。
可选地，请参阅图3及图4，作为本实用新型实施例提供的氮气分离液化装置的一种具体实施方式，斯特林制冷机的冷头1512上安装有换热头153，换热头153呈螺旋状，采用螺旋状的换热头153，一方面能够增大与氮气接触的面积，加速氮气的降温；另一方面，呈螺旋状有利于液氮在换热头153上的冷凝和流动，便于液氮的收集。
进一步地，请参阅图3，进气管1522位于罐体1521上对应换热头153的位置，这样使得进气管1522进入罐体1521内的氮气能够快速冷却和液化，避免氮气进入罐体1521后与罐体1521底部的液氮接触，导致氮气与液氮热量传递，而影响氮气的液化效率。
进一步地，请参阅图1，作为本实用新型实施例提供的氮气分离液化装置的一种具体实施方式，压缩机11和分离机构14之间设有过滤器12，过滤器12用于过滤空气中的油、水和颗粒物，这样能够避免空气中的杂质影响分离机构14对氮气的分离。
在一个实施例中，请参阅图1，分离机构14为膜分离机构14，过滤器12与膜分离机构14之间设有加热器13，采用膜分离机构14，温度控制较为方便，体积较小，噪声低。采用加热器13对过滤后的压缩空气进行加热，能够使得氮气加温至合适温度后进入膜分离机构14，提高膜分离机构14的分离效率。具体地，膜分离机构14内设有多组中空纤维膜组，采用中空纤维膜组分离氮气，一方面能够确保氮气的纯度，另一方面，对温度控制要求较低，较易控制。
在另一个实施例中，分离机构14为变压吸附机构，通过压力改变时氮气的吸附和释放，来实现对氮气的分离。采用变压吸附机构相对于传统的深冷空分能耗低，且有利于减小规模和投资，更加适用与科研或其他需要使用液氮的工厂。
进一步地，请参照图1，分离机构14与换热罐152的进气管1522之间安装有第一控制阀171，存储罐16为杜瓦罐，杜瓦罐上安装有液氮输出管173，液氮输出管173用于将液氮输出，液氮输出管173上安装有第二控制阀172。在液氮制备过程中，可以通过存储罐16储存制备的液氮，在需要使用时，打开第二控制阀172，将液氮由液氮输出管173输送至相应容器中即可；在存储罐16中存储满之后或者压力过高时，可以关闭第一控制阀171，停止向液化机构15输送氮气，以确保设备安全。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种氮气分离液化装置，其特征在于：包括用于压缩空气的压缩机、用于将所述压缩空气中的氮气分离的分离机构、用于降低氮气温度的液化机构和用于储存液氮的存储罐，所述压缩机、所述分离机构、所述液化机构和所述存储罐依次通过气体管路连接；所述液化机构包括换热罐和安装于所述换热罐上的制冷机，所述换热罐包括罐体、固定于所述罐体顶部的安装管、固定于所述罐体底部的排液管以及固定于所述罐体侧面的进气管，所述进气管与所述分离机构连接，所述排液管与所述存储罐连接，所述制冷机安装于所述安装管上。
2.根据权利要求1所述的氮气分离液化装置，其特征在于：所述换热罐为双层结构，所述换热罐的内壁与外壁之间设有真空腔。
3.根据权利要求1所述的氮气分离液化装置，其特征在于：所述罐体的底部呈漏斗状。
4.根据权利要求1所述的氮气分离液化装置，其特征在于：所述制冷机为斯特林制冷机，所述斯特林制冷机的驱动端固定于所述安装管的开口处，所述斯特林制冷机的冷头伸入所述罐体内。
5.根据权利要求4所述的氮气分离液化装置，其特征在于：所述斯特林制冷机的冷头上安装有呈螺旋状的换热头。
6.根据权利要求5所述的氮气分离液化装置，其特征在于：所述进气管位于所述罐体上对应所述换热头的位置。
7.根据权利要求1所述的氮气分离液化装置，其特征在于：所述压缩机和所述分离机构之间设有过滤器。
8.根据权利要求7所述的氮气分离液化装置，其特征在于：所述分离机构为膜分离机构，所述过滤器与所述膜分离机构之间设有加热器。
9.根据权利要求7所述的氮气分离液化装置，其特征在于：所述分离机构为变压吸附机构。
10.根据权利要求1至9任一项所述的氮气分离液化装置，其特征在于：所述分离机构与所述换热罐的进气管之间安装有第一控制阀，所述存储罐为杜瓦罐，所述存储罐上安装有用于将液氮输出的液氮输出管，所述液氮输出管上安装有第二控制阀。
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