PSA變壓吸附制氮。利用氮氣與其它氣體分子在分子篩中的吸附能力差異，形成濃度差異的積累，在分子篩柱末端產(chǎn)出高純度氮氣。同時利用兩根分子篩柱，一根吸附的同時引出一部分產(chǎn)品氣為另一根解析，實現(xiàn)分子篩在線再生，整體表現(xiàn)即為儀器持續(xù)輸出高純氮氣。這類發(fā)生器可根據(jù)需要，調(diào)節(jié)氮氣的純度和流量，可生產(chǎn)99.999%的氮氣產(chǎn)品，流量可從幾百毫升到幾十升到幾立方每分鐘，純度大小配置靈活，可根據(jù)每個需求具體定制，PSA變壓吸附技術(shù)在工業(yè)中應(yīng)用很廣泛，已發(fā)展幾十年，是很成熟的技術(shù)。技術(shù)難點主要是分子篩柱填裝技術(shù)，分子篩填裝不好，會造成分子篩在氣體高低壓頻繁變化中互相摩擦碰撞粉化，微孔數(shù)量減少，分子篩性能急劇降低。

變壓吸附(Pressure Swing Adsorption，簡稱PSA)氣體分離技術(shù)是非低溫氣體分離技術(shù)的重要分支，是人們長期來努力尋找比深冷法更簡單的空分方法的結(jié)果。七十年代西德埃森礦業(yè)公司成功開發(fā)了碳分子篩，為PSA空分制氮工業(yè)化鋪平了道路。三十年來該技術(shù)發(fā)展很快，技術(shù)日趨成熟，在中小型制氮領(lǐng)域已成為深冷空分的強有力的競爭對手。
變壓吸附制氮是以空氣為原料，用碳分子篩作吸附劑，利用碳分子篩對空氣中的氧和氮選擇吸附的特性，運用變壓吸附原理(加壓吸附，減壓解吸并使分子篩再生)而在常溫使氧和氮分離制取氮氣。
變壓吸附制氮與深冷空分制氮相比，具有顯著的特點:吸附分離是在常溫下進(jìn)行，工藝簡單，設(shè)備緊湊，占地面積小，開停方便，啟動迅速，產(chǎn)氣快(一般在30min左右)，能耗小，運行成本低，自動化程度高，操作維護(hù)方便，撬裝方便，無須專門基礎(chǔ)，產(chǎn)品氮純度可在范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，產(chǎn)氮量≤2000Nm/h。但到目前為止，除美國空氣用品公司用PSA制氮技術(shù)，無須后級純化能工業(yè)化生產(chǎn)純度≥99.999%的高純氮外(進(jìn)口價格很高)，國內(nèi)外同行一般用PSA制氮技術(shù)只能制取氮氣純度為99.9%的普氮(即O2≤0.1%)，個別企業(yè)可制取99.99%的純氮(O2≤0.01%)，純度更高從PSA制氮技術(shù)上是可能的，但制作成本太高，用戶也很難接受，所以用非低溫制氮技術(shù)制取高純氮還加后級純化裝置。

現(xiàn)代工業(yè)用氮的制取方法都是以空氣為原料，將其中的氧和氮分離而獲得。目前主要有三種，即深冷空分法、分子篩空分法(PSA)和膜空分法。

1 深冷空分制氮
深冷空分制氮是一種傳統(tǒng)的制氮方法，已有近九十年的歷史。它是以空氣為原料，經(jīng)過壓縮、凈化，再利用熱交換使空氣液化成為液空。液空主要是液氧和液氮的混合物，利用液氧和液氮的沸點不同(在1大氣壓下，前者的沸點為-183℃，后者的為-196℃)，通過液空的精餾，使它們分離來獲得氮氣。深冷空分制氮設(shè)備復(fù)雜、占地面積大，基建費用較高，設(shè)備一次性投資較多，運行成本較高，產(chǎn)氣慢(12～24h），安裝要求高、周期較長。綜合設(shè)備、安裝及基建諸因素，3500Nm3／h以下的設(shè)備，相同規(guī)格的PSA裝置的投資規(guī)模要比深冷空分裝置低20％～50％。深冷空分制氮裝置宜于大規(guī)模工業(yè)制氮，而中、小規(guī)模制氮就顯得不經(jīng)濟(jì)。

2分子篩空分制氮
分子篩空分制氮是以空氣為原料，以碳分子篩作為吸附劑，運用變壓吸附原理，利用碳分子篩對氧和氮的選擇性吸附而使氮和氧分離的方法，通稱PSA(Pressure Swing Adsorption）制氮。此法是七十年代迅速發(fā)展起來的一種新的制氮技術(shù)。與傳統(tǒng)制氮法相比，它具有工藝流程簡單、自動化程度高、產(chǎn)氣快(15～30分鐘)、能耗低，產(chǎn)品純度可在較大范圍內(nèi)根據(jù)用戶需要進(jìn)行調(diào)節(jié)，操作維護(hù)方便、運行成本較低、裝置適應(yīng)性較強等特點，故在1000Nm3／h以下制氮設(shè)備中頗具競爭力，越來越得到中、小型氮氣用戶的歡迎，PSA制氮已成為中、小型氮氣用戶的方法。

3膜空分制氮
膜空分制氮是八十年代國外迅速發(fā)展的又一種新型制氮技術(shù)，在國內(nèi)推廣應(yīng)用是近三四年的事。膜空分制氮的基本原理是以空氣為原料，在壓力條件下，利用氧和氮等不同性質(zhì)的氣體在膜中具有不同的滲透速率來使氧和氮分離。和其它制氮設(shè)備相比它具有結(jié)構(gòu)更為簡單、體積更小、無切換閥門、維護(hù)量更少、產(chǎn)氣更快(≤3分鐘)、增容方便等優(yōu)點，它適宜于氮氣純度≤98％的中、小型氮氣用戶，有佳功能價格比。而氮氣純度在98%以上時，它與相同規(guī)格的PSA制氮機相比價格要高出15%以上。由上可知，MnZn鐵氧體生產(chǎn)企業(yè)，采用什么供氣方式和何種供氣技術(shù)，根據(jù)企業(yè)情況進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證，選擇佳供氣方案。

PSA變壓吸附制氮。

利用氮氣與其它氣體分子在分子篩中的吸附能力差異，形成濃度差異的積累，在分子篩柱末端產(chǎn)出高純度氮氣。同時利用兩根分子篩柱，一根吸附的同時引出一部分產(chǎn)品氣為另一根解析，實現(xiàn)分子篩在線再生，整體表現(xiàn)即為儀器持續(xù)輸出高純氮氣。這類發(fā)生器可根據(jù)需要，調(diào)節(jié)氮氣的純度和流量，可生產(chǎn)99.999%的氮氣產(chǎn)品，流量可從幾百毫升到幾十升到幾立方每分鐘，純度大小配置靈活，可根據(jù)每個需求具體定制，我公司生產(chǎn)的型號末端帶P的即為此類產(chǎn)品，如MNN-5LP。PSA變壓吸附技術(shù)在工業(yè)中應(yīng)用很廣泛，已發(fā)展幾十年，是很成熟的技術(shù)。技術(shù)難點主要是分子篩柱填裝技術(shù)，分子篩填裝不好，會造成分子篩在氣體高低壓頻繁變化中互相摩擦碰撞粉化，微孔數(shù)量減少，分子篩性能急劇降低。

       氮氣發(fā)生器作為氣相色譜中載氣設(shè)備廣受大家青睞，而采用PSA變壓吸附制氮的氮氣發(fā)生器因其純度高、無污染更是炙手可熱，但是“甘瓜苦蒂，天下物無全美”，這款發(fā)生器在日常使用中也會出現(xiàn)制得氮氣純度不是太高的情況，那么是什么因素影響了制氮純度了？下面簡單介紹下關(guān)于影響PSA制氮純度的因素。

       在介紹影響因素之前，我們首先要從PSA制氮流程來了解下。PSA氮氣發(fā)生器制氮的工藝流程：空氣在經(jīng)壓縮和凈化后進(jìn)入空氣緩沖罐，緩沖上游因壓力變化而引起的波動，由下至上流經(jīng)裝有CMS（碳分子篩）的吸附塔，期間O2分子在CMS表面吸附，N2從吸附塔上端流出，進(jìn)入氮氣緩沖罐，一段時間后，吸附塔中的CMS被吸附的氧氣飽和，需要進(jìn)行再生，利用停止吸附步驟，降低吸附塔壓力來實現(xiàn)。兩個吸附塔交替進(jìn)行吸附和再生，確保氮氣的連續(xù)輸出。

了解了工藝流程，我們知道了PSA里面核心部件是吸附塔、分子篩（CMS），那么這些和影響因素有什么樣的聯(lián)系呢？

PSA氮氣發(fā)生器制氮純度影響因素：

（1）氣體原料的質(zhì)量

我們知道，氣體是要經(jīng)壓縮后進(jìn)入空氣緩沖罐，那么壓縮空氣中如含有水汽、油霧，這些都會堵塞分子篩（CMS）的微孔，從而嚴(yán)重影響分離效果及CMS的使用壽命，因此，要想獲得高純度的氮氣，保優(yōu)質(zhì)的空氣至關(guān)重要，并且要經(jīng)多次凈化過濾，濾芯需要定期檢查或者更換。

（2）吸附塔的工作時間

長時間的工作周期也即是閥門的切換時間間隔，有利于降低氮氣發(fā)生器能耗，且節(jié)約空氣原料，不過純度也會因周期過長，分子篩會飽和而受到影響。

（3）分子篩的性能

分子篩是PSA氮氣發(fā)生器的核心部件，它的性能好壞對于制得的氮氣純度有極大的聯(lián)系，同時我們還需要根據(jù)實際需要的氮氣流量和純度來計算出分子篩的合適裝填量。

以上3 點就是關(guān)于采用PSA制氮的氮氣發(fā)生器制取氮氣純度的影響因素，相信對大家在使用氮氣發(fā)生器時候能有所幫助。

普拉勒氮氣發(fā)生器制氮原理圖

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　氮氣發(fā)生器按原理分為三種，下面為大家仔細(xì)講解下：
　　1.電化學(xué)法制氮。在氫氣電解池的陰極（產(chǎn)氫氣一側(cè)）通入高壓空氣，在催化劑作用下，氫氣和氧氣形成微觀燃料電池，完成氧化還原反應(yīng)生產(chǎn)水，宏觀上表現(xiàn)即為空氣中的氧氣被除去，剩余氮氣。這種方法可以產(chǎn)出高99.995%的氮氣，但有幾個明顯的缺陷：一需用到高濃度氫氧化鉀溶液做電解液，這種強堿溶液與氣體直接接觸，對氣體質(zhì)量有潛在影響，并有隨氣路輸出的可能性；二單位成本高；三反應(yīng)過程只去除了空氣中的氧氣，其它雜質(zhì)氣體并沒有涉及，并且反應(yīng)過程對電解池制作技術(shù)要求很高，不合適的電解池制作技術(shù)會造成氮氣純度數(shù)量級的降低。這類氮氣發(fā)生器作為一種小流量氮氣來源，總費用不過幾千元，常被用于色譜載氣和小容量保護(hù)，是一種低成本的解決方案；
　　2.膜分離制氮。高壓空氣通過中空纖維膜組件，氮氣分子和氧氣分子的擴(kuò)散速度差別積累，在膜組件輸出端形成高純度的氮氣，形成的產(chǎn)品氣純度高可達(dá)99%，氣體流量>5000ml/min，并且可以累加使用，不影響產(chǎn)品質(zhì)量，在不考慮其它限制條件的情況下，氣體裝置可以無限擴(kuò)充。這種制氮方法膜分離制氮在工業(yè)上有不少的應(yīng)用，在實驗室主要用于對氣體純度要求不特別高的吹掃、保護(hù)、對氧氣的置換等。這類發(fā)生器的主要優(yōu)點是流量大，實驗室級別產(chǎn)品一般在50L/min上下，并可隨意擴(kuò)充，同時壽命長，膜組件作為核心部件，在空氣源穩(wěn)定的情況下，壽命可達(dá)10年，且維護(hù)成本極低；缺點是氮氣純度不能達(dá)到高純級，膜組件目前均為進(jìn)口，國內(nèi)不能提供，成本較高，儀器價格也相對高。
　　3.PSA變壓吸附制氮。利用氮氣與其它氣體分子在分子篩中的吸附能力差異，形成濃度差異的積累，在分子篩柱末端產(chǎn)出高純度氮氣。同時利用兩根分子篩柱，一根吸附的同時引出一部分產(chǎn)品氣為另一根解析，實現(xiàn)分子篩在線再生，整體表現(xiàn)即為儀器持續(xù)輸出高純氮氣。這類發(fā)生器可根據(jù)需要，調(diào)節(jié)氮氣的純度和流量，高可生產(chǎn)99.999%的氮氣產(chǎn)品，流量可從幾百毫升到幾十升到幾立方每分鐘，純度大小配置靈活，可根據(jù)每個需求具體定制，技術(shù)難點主要是分子篩柱填裝技術(shù)，分子篩填裝不好，會造成分子篩在氣體高低壓頻繁變化中互相摩擦碰撞粉化，微孔數(shù)量減少，分子篩性能急劇降低。

氮氣發(fā)生器原理：
膜分離技術(shù)依靠不同氣體在膜中溶解和擴(kuò)散系數(shù)的差異而具有不同的滲透速度來實現(xiàn)氣體的分離。當(dāng)混合氣體在驅(qū)動力一膜兩側(cè)壓力差作用下，滲透速度相當(dāng)快的氣體如氧氣、氫氣、氦氣、硫化氫、二氧化碳等透過膜后，在膜的滲透側(cè)被富集，而滲透速度相當(dāng)慢的氣體如氮氣、氬氣、甲烷和一氧化碳等唄滯留在膜的滯留側(cè)被富集從而達(dá)到混合氣體分離的目的。膜分離制氮機就是根據(jù)以上原理。以壓縮空氣為原料氣來提取較高純度的氮氣。
空氣分離是購買氮氣發(fā)生器的替代方案。在空氣分離設(shè)備中，可以將空氣分離為其基本成分。壓縮和過濾天然空氣，以去除任何雜質(zhì)。壓縮空氣被加熱和冷卻，直到不同的元素達(dá)到沸點，然后分離出來。然后這些元素返回到氣態(tài)，此時它們就可以使用了。與氮氣發(fā)生器一樣，空氣分離設(shè)備也得益于使用氧氣分析儀來觀察氧氣含量。
氮氣發(fā)生器的工作原理是分離空氣，電解膜的負(fù)極側(cè)發(fā)生氧化反應(yīng)，吃掉空氣中的氧化性氣體，在正極側(cè)還原，空氣流過電解池后就只剩下氮氣和惰性氣體，故國內(nèi)發(fā)生器的純度大多標(biāo)有“相對含氧量”，氮氣的純度和空氣流速，有效分解面的長度，電解電勢的強弱都有關(guān)系，這種分離方法也決定了氮氣的純度不可能做的很高。加入電解質(zhì)的作用就是提高水的導(dǎo)電率，使電化學(xué)反應(yīng)能順利進(jìn)行。
發(fā)生器對色譜的影響有一點常常被忽略，就是發(fā)生器內(nèi)的開關(guān)電源工作事會對電網(wǎng)電壓造成的干擾(壓縮機的啟動和停止也會)，所以色譜儀經(jīng)過穩(wěn)壓電源供電，當(dāng)然不用穩(wěn)壓電源的用戶極少。
對色譜來說，氮氣發(fā)生器產(chǎn)生了氮氣后，還需要脫水、脫氧(加脫水脫氧管)，否則會損害ECD檢測器。
對質(zhì)譜來說，國內(nèi)的氮氣發(fā)生器都無法達(dá)到很高的流量，所以，現(xiàn)在很多人都還使用液氮罐，來支持液質(zhì)聯(lián)用需要的氮氣流量。
值得提醒的一點是：氮氣發(fā)生器只能在實驗室內(nèi)或?qū)嶒炇彝夂芙奈恢貌杉諝庾鳛闅庠?，而實驗室?nèi)空氣經(jīng)常是受到污染的，其中的有機溶劑含量因為實驗前處理過程等原因(此外GC的洗針溶劑揮發(fā)，液相的流動相揮發(fā))不可避免的超標(biāo)。

科學(xué)技術(shù)是diyi生產(chǎn)力，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各式各樣的儀器如雨后春筍一般的涌現(xiàn)出來，氮氣發(fā)生器就是其中之一，打開網(wǎng)頁搜索氮氣發(fā)生器，發(fā)現(xiàn)關(guān)于其的內(nèi)容多不勝數(shù)，那么為什么氮氣發(fā)生器這么火呢，這還要從氮氣的用處來說了。

氮氣是空氣中體積分?jǐn)?shù)Z大的一種惰性氣體，化學(xué)分子式為N2，通常狀態(tài)下無色無味，比空氣密度小。氮氣化學(xué)性質(zhì)不活潑，常溫下難與其他物質(zhì)進(jìn)行反應(yīng)，因此通常被用作保護(hù)氣體，液氮可用作深度冷凍劑，高純氮氣可用作色譜等儀器的載氣，氮氣的性質(zhì)決定了它的用途的廣泛。 

而實驗室中氮氣通常的來源主要由3種：1.管道氣，2.氮氣罐，3.氮氣發(fā)生器。

第1種比較適合大型工廠，建設(shè)費用高昂，第2種通常會因儲存和運輸?shù)穆闊┒幸欢ǖ木窒扌?，Z后一種操作靈活可控，越來越受到實驗室使用。

 氮氣發(fā)生器是如何產(chǎn)生氮氣的呢，通常來說，有三種方法。

1.電化學(xué)制備氮氣

將高壓空氣從氫氣電解池的陰極一側(cè)通入，在催化劑的催化作用下，進(jìn)行2H2+O2=2H2O的氧化還原反應(yīng)，通過此方法可去除空氣中的O2，產(chǎn)出高達(dá)99.995%N2，然而此方法有一定的局限性。一是此方法只是單純的去除空氣中的O2，對于空氣中的其他雜質(zhì)并未提及，二是單位成本過高，因此此方法通常用來制備少量的氮氣。

2. 膜分離制備氮氣

利用N2分子和O2分子的擴(kuò)散速度的不同，將高壓空氣通過中空纖維膜組件，在輸出端就可以積累純度高達(dá)99%的氮氣，這種方法在不考慮其他限制的條件下，可以累加使用，因此常用在實驗室對氣體純度不高的保護(hù)、吹掃等操作實驗中，但是由于其氮氣純度不能達(dá)到高純級，且膜組件成本較高、儀器價格也相應(yīng)的過高。

3. PSA變壓吸附制備氮氣

通過利用在分子篩中，N2與其它氣體分子的吸附能力不同，從而形成差異的濃度，分子篩柱末端可以獲得高純氮氣，利用這種方法研制的氮氣發(fā)生器可以讓用戶根據(jù)個人實際要求，來產(chǎn)生不同純度的氮氣，Z高可達(dá)99.999%，這種方法的難點是分子篩柱填裝技術(shù)，分子篩填裝不好，會因為氣體高低壓頻繁變化，導(dǎo)致分子篩受損，微孔數(shù)量減少，從而使得性能降低，純度因此也會受到影響。

普拉勒作為實驗室氣體發(fā)生器行業(yè)的主要供應(yīng)商，其生產(chǎn)的氮氣發(fā)生器采用雙塔變壓吸附技術(shù)產(chǎn)生連續(xù)的高純氮氣，該技術(shù)利用碳分子篩的選擇性分離并過濾空氣中的氧氣、二氧化碳和水蒸氣。氮氣發(fā)生器有兩個碳分子篩柱，預(yù)處理的壓縮空氣進(jìn)入并穿過diyi個碳分子篩柱，氧氣、二氧化碳、水蒸氣及其他雜質(zhì)被碳分子篩吸附，只允許氮氣通過碳分子篩并進(jìn)入內(nèi)部氮氣罐。經(jīng)過一段時間后該碳分子篩柱吸附飽和，系統(tǒng)將自動切換至第二個碳分子篩柱繼續(xù)工作，diyi個已飽和的碳分子篩柱經(jīng)過快速降壓，將吸附捕捉的氧氣釋放到空氣中，從而被活化再生。兩個碳分子篩柱的吸附和凈化再生過程交替進(jìn)行，以此連續(xù)產(chǎn)生潔凈、干燥的高純氮氣，是實驗室科研人員的理想選擇。

普拉勒氮氣發(fā)生器原理圖

科學(xué)技術(shù)是生產(chǎn)力，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各式各樣的儀器如雨后春筍一般的涌現(xiàn)出來，氮氣發(fā)生器就是其中之一，打開網(wǎng)頁搜索氮氣發(fā)生器，發(fā)現(xiàn)關(guān)于其的內(nèi)容多不勝數(shù)，那么為什么氮氣發(fā)生器這么火呢，這還要從氮氣的用處來說了。
 氮氣是空氣中體積分?jǐn)?shù)Zda的一種惰性氣體，化學(xué)分子式為N2，通常狀態(tài)下無色無味，比空氣密度小。氮氣化學(xué)性質(zhì)不活潑，常溫下難與其他物質(zhì)進(jìn)行反應(yīng)，因此通常被用作保護(hù)氣體，液氮可用作深度冷凍劑，高純氮氣可用作色譜等儀器的載氣，氮氣的性質(zhì)決定了它的用途的廣泛。 
而實驗室中氮氣通常的來源主要由3種：1.管道氣，2.氮氣罐，3.氮氣發(fā)生器。
 第1種比較適合大型工廠，建設(shè)費用高昂，第2種通常會因儲存和運輸?shù)穆闊┒械木窒扌裕环N操作靈活可控，越來越受到實驗室使用。
  氮氣發(fā)生器是如何產(chǎn)生氮氣的呢，通常來說，有三種方法。
1.電化學(xué)制備氮氣
將高壓空氣從氫氣電解池的陰極一側(cè)通入，在催化劑的催化作用下，進(jìn)行2H2+O2=2H2O的氧化還原反應(yīng)，通過此方法可去除空氣中的O2，產(chǎn)出高達(dá)99.995%N2，然而此方法有的局限性。一是此方法只是單純的去除空氣中的O2，對于空氣中的其他雜質(zhì)并未提及，二是單位成本過高，因此此方法通常用來制備少量的氮氣。
2. 膜分離制備氮氣
利用N2分子和O2分子的擴(kuò)散速度的不同，將高壓空氣通過中空纖維膜組件，在輸出端就可以積累純度高達(dá)99%的氮氣，這種方法在不考慮其他限制的條件下，可以累加使用，因此常用在實驗室對氣體純度不高的保護(hù)、吹掃等操作實驗中，但是由于其氮氣純度不能達(dá)到高純級，且膜組件成本較高、儀器價格也相應(yīng)的過高。
3. PSA變壓吸附制備氮氣
通過利用在分子篩中，N2與其它氣體分子的吸附能力不同，從而形成差異的濃度，分子篩柱末端可以獲得高純氮氣，利用這種方法研制的氮氣發(fā)生器可以讓用戶根據(jù)個人實際要求，來產(chǎn)生不同純度的氮氣，Z高可達(dá)99.999%，這種方法的難點是分子篩柱填裝技術(shù)，分子篩填裝不好，會因為氣體高低壓頻繁變化，導(dǎo)致分子篩受損，微孔數(shù)量減少，從而使得性能降低，純度因此也會受到影響。

電化學(xué)法制氮。在氫氣電解池的陰極（產(chǎn)氫氣一側(cè)）通入高壓空氣，在催化劑作用下，氫氣和氧氣形成微觀燃料電池，完成氧化還原反應(yīng)生產(chǎn)水，宏觀上表現(xiàn)即為空氣中的氧氣被除去，剩余氮氣。這種方法可以產(chǎn)出99.995%的氮氣，但有幾個明顯的缺陷：一需用到高濃度氫氧化鉀溶液做電解液，這種強堿溶液與氣體直接接觸，對氣體質(zhì)量有潛在影響，并有隨氣路輸出的可能性；二單位成本高，比如我公司生產(chǎn)的MNN-300型，標(biāo)稱產(chǎn)氮300ml/min，實際穩(wěn)定使用150ml/min，不適合做大流量氮氣發(fā)生器；三反應(yīng)過程只去除了空氣中的氧氣，其它雜質(zhì)氣體并沒有涉及，并且反應(yīng)過程對電解池制作技術(shù)要求很高，不合適的電解池制作技術(shù)會造成氮氣純度數(shù)量級的降低。這類氮氣發(fā)生器作為一種小流量氮氣來源，總費用不過幾千元，常被用于色譜載氣和小容量保護(hù)，是一種低成本的解決方案；