變壓吸附式制氮機（PSA制氮機），也稱碳分子篩空分制氮機，其原理是以空氣為原料，以碳分子篩為吸附劑，運用變壓吸附原理，利用碳分子篩對氧和氮的選擇性吸附，實現空氣中的氮和氧分離，生產出氮氣。
PSA制氮機，主要是由以下五部份組成的：
1.壓縮空氣凈化係統
碳分子篩是決定制氮機生產能力的關鍵材料，由於空壓機提供的壓縮空氣通常含有微量的油、水、塵埃粒子，這些雜質特別是油分子會降低碳分子篩的吸附能力，所以壓縮空氣在進入氧氮分離係統之前除油除水除塵。
首先由壓縮機將空氣壓縮至0.75-1.0MPa進入空氣凈化係統，由管道過濾器除去大部分水、油和塵埃雜質，然後由冷凍式幹燥機冷卻除水使壓力露點達到2℃-10℃，再次經精過濾器、超精過濾器過濾、活性炭除油器，得到壓力為0.75-1.0MPa、壓力露點為2℃-10℃、含油量 0.01PPm的潔凈壓縮空氣。
壓縮空氣凈化係統由管道過濾器、冷凍幹燥機、精過濾器、超精過濾器、活性炭除油器、自動排污閥、球閥等組成。
2. 空氣儲罐係統
空氣儲罐係統的作用保證氧氮分離係統用氣平穩，在氧氮分離係統切換時防止瞬間氣流流速過快，影響空氣凈化效果，提高進入吸附器的壓縮空氣品質，有利於延長分子篩的壽命。同時，在吸附塔進行工作切換時，它也為PSA氧氮分離裝置提供短時間內迅速升壓所需的大量壓縮空氣，使吸附塔內壓力很快上升到工作壓力，保證了設備可靠穩定的運行。
空氣儲罐係統由空氣儲罐、閥、截止閥、球閥、壓力表等組成。
3. 氧氮分離係統
氧氮分離係統是制氮機空氣分離的核心部分，其主體是兩個裝滿碳分子篩的吸附塔，當潔凈壓縮空氣進入一吸附塔時，O2、CO2和微量H2O被碳分子篩吸附，氮氣從出口端輸出成為產品氮氣。當一塔在吸附制氮時，另一塔通過減壓使吸附在分子篩中的O2、CO2和H2O從微孔中排出，實現分子篩的再生脫附。兩塔交替進行吸附和再生，連續輸出氮氣。
氧氮分離係統由吸附塔、塔內裝填的碳分子篩、氣動閥、消聲器、節流閥、壓緊氣缸、壓力表等組成。
4. 氮氣緩衝係統
氮氣緩衝係統主要作用在於均衡從氮氧分離係統分離出來的氮氣的壓力和純度，保證連續供給氮氣。同時，在吸附塔進行再生到吸附切換時，它將存儲的部分合格氮氣回充吸附塔保護床層，另外也有幫助吸附塔升壓的作用。
氮氣緩衝係統由緩衝罐、流量計、粉塵過濾器、調壓閥、節流閥、閥等組成。
5.電氣控制係統
電氣控制係統的主要作用是設備啟停操作、工作狀態指示燈、故障聲光報警指示、純度顯示、按設定程序驅動氣動閥、遠程顯示和控制等。
電氣控制係統由可編程序控制器CPU、氣源三聯件、電磁閥、指示燈、氮氣分析儀等組成，主要集中安裝於電控櫃。
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