تعتبر تقنية فصل الهواء المبردة ، والمعروفة أيضًا باسم فصل الهواء المبرد ، واحدة من الطرق الرئيسية المستخدمة في الصناعة الحديثة لإنتاج غازات نقاء عالية- على نطاق واسع ، وخاصة لإعداد النيتروجين السائل. نظرًا لدرجة حرارة منخفضة للغاية واستخدامها على نطاق واسع ، يلعب النيتروجين السائل دورًا لا يمكن الاستغناء عنه في الطب والصناعة الكيميائية والحفاظ على تبريد الطعام والمعالجة المعدنية وغيرها من المجالات. تستخدم هذه المقالة تقنية فصل الهواء المبردة لإنتاج النيتروجين السائل ، وتشرحها مع البيانات ذات الصلة.
ضغط الهواء والتنقية
أولاً ، يتم امتصاص الهواء في البيئة والضغط عليه من خلال سلسلة من الضواغط. في نظام المعدات ، يمكن زيادة ضغط الهواء إلى 5-8 بار ، وهي خطوة بشكل أساسي لزيادة محتوى الأكسجين والنيتروجين لكل وحدة حجم ، ويستعد لعملية الفصل اللاحقة. يحتوي الهواء المضغوط على شوائب مثل الرطوبة وثاني أكسيد الكربون ، والتي ستتكثف في المواد الصلبة في ظل ظروف درجة حرارة منخفضة ، وبالتالي منع المعدات. لذلك ، يجب إزالة الرطوبة وثاني أكسيد الكربون من خلال السرير البارد والممتزور للتأكد من أن جودة الهواء التي تدخل المرحلة التالية من العلاج نقية.
تبريد الهواء وتلويل
يبرد هواء الضغط المرتفع - ثم يدخل المبادل الحراري ، حيث يتم تبريده قبل- إلى درجة حرارة قريبة من الحالة السائلة. اعتمادًا على التصميم المحدد ، عادة ما تنخفض درجة الحرارة في هذه المرحلة إلى -170 درجة تقريبًا. سيتم بعد ذلك توجيه هذا الجزء من الهواء إلى صمام الموسع أو الخانق ، ويتم تبريده بشكل أكبر ومساء جزئيًا عن طريق تقليل الضغط. خلال هذه العملية ، يمكن تحويل حوالي 30 ٪ -40 ٪ من الهواء إلى حالة سائلة.
عملية التقطير في برج الفصل
يتم إرسال الهواء المسال إلى جهاز يسمى "برج فصل درجات الحرارة المنخفض" ، حيث يتم استخدام اختلاف نقطة الغليان في المكونات المختلفة لفصل دقيق. تبلغ درجة الغليان من النيتروجين - 196 درجة ، في حين أن نقطة الغليان من الأكسجين هي - درجة 183 درجة ، مما يعني أنه في ظل نفس الظروف ، يصبح النيتروجين أكثر عرضة للغاز أكثر من الأكسجين. من خلال التسخين السفلي والتبريد العلوي ، يتبخر النيتروجين تدريجياً من الخليط السائل ويتم جمعه في المنطقة العلوية. في المقابل ، يبقى الجزء الغني بالأكسجين في أسفل البرج ويتم جمعه كمنتج ثانوي.
تنقية وتخزين النيتروجين السائل
يتطلب النيتروجين الأولي الذي تم الحصول عليه من أعلى عمود الفصل خطوة تنقية إضافية لتحقيق معيار النقاء المطلوب. بشكل عام ، فإن متطلبات النقاء للنيتروجين السائل من الدرجة الصناعية لا يقل عن 99.99 ٪ ، بينما في بعض التطبيقات الخاصة ، مثل صناعة الإلكترونيات ، قد تكون هناك حاجة إلى نقاء عالي تصل إلى 99.999 ٪. بعد التنقية ، سيتم تخزين النيتروجين السائل في حاوية معزولة مصنوعة خصيصًا. يمكن لهذا النوع من الحاويات أن يقلل بشكل فعال من نقل الحرارة ويضمن أن النيتروجين السائل يمكن أن يظل في حالة درجة حرارة منخفضة لفترة طويلة دون تقلب كبير.
طريقة فصل الهواء المبردة هي في الواقع تدفق عملية معقد ولكن فعال ، والذي يتضمن التحكم الدقيق في روابط متعددة. وفقًا للبيانات ذات الصلة ، يمكن أن تنتج معدات فصل الهواء المبردة النموذجية عشرات الآلاف أو حتى مئات الآلاف من الأطنان من منتجات النيتروجين السائل كل عام ، وتلبية احتياجات جميع مناحي الحياة. مع تقدم التكنولوجيا وتحسين متطلبات حماية البيئة ، من المتوقع أن يحقق نظام فصل الهواء المبرد في المستقبل نسبًا أعلى كفاءة الطاقة وخفض تكاليف التشغيل ، مما يوفر خدمات أكثر اقتصادا وموثوقية للمستخدمين في جميع أنحاء العالم.
