مجموعة هانغتشو نوزو للتكنولوجيا المحدودة

تُعد تقنية فصل الهواء بالتبريد العميق إحدى الطرق المهمة لإنتاج النيتروجين والأكسجين عالي النقاء في الصناعات الحديثة. وتُستخدم هذه التقنية على نطاق واسع في صناعات متنوعة، مثل علم المعادن والهندسة الكيميائية والطب. ستتناول هذه المقالة بالتفصيل كيفية إنتاج النيتروجين والأكسجين عالي النقاء باستخدام تقنية فصل الهواء بالتبريد العميق، بالإضافة إلى الخطوات الرئيسية والمعدات المستخدمة في هذه العملية.

1. المبدأ الأساسي لفصل الهواء بالتبريد العميق

فصل الهواء بالتبريد العميق هو عملية فصل المكونات الرئيسية للهواء عن طريق خفض درجة حرارته. يتكون الهواء بشكل رئيسي من النيتروجين والأكسجين وكمية صغيرة من الأرجون. بضغط الهواء وتبريده إلى درجة حرارة منخفضة للغاية، يُسَلَّل، ثم تُستخدم درجات غليان كل غاز في التقطير لفصل النيتروجين والأكسجين. تبلغ درجة غليان النيتروجين -195.8 درجة مئوية، ودرجة غليان الأكسجين -183 درجة مئوية، مما يسمح بتنقيتهما بشكل منفصل من خلال التقطير المرحلي.

2. مرحلة ما قبل المعالجة: تنقية الهواء

في عملية فصل الهواء بالتبريد العميق، تُعدّ المعالجة المسبقة للهواء خطوة أولى بالغة الأهمية. يحتوي الهواء على شوائب مثل الغبار وثاني أكسيد الكربون والرطوبة، والتي تتجمد في بيئة منخفضة الحرارة، مما يُسبب انسدادًا في المعدات. لذلك، يخضع الهواء أولًا لخطوات الترشيح والضغط والتجفيف لإزالة الشوائب والرطوبة. عادةً ما تُعدّ المجففات والممتزات الجزيئية معدات مهمة تُستخدم لإزالة الشوائب من الهواء، مما يضمن استقرار وكفاءة عملية الفصل بالتبريد العميق اللاحقة.

3. ضغط الهواء والتبريد

يحتاج الهواء المُنقّى إلى الضغط، عادةً باستخدام ضواغط متعددة لزيادة ضغط الهواء إلى 5-6 ميجا باسكال. ثم يُبرّد الهواء المضغوط عبر مبادلات حرارية مع الغاز المُعاد عند درجة حرارة منخفضة، مما يُخفّض درجة الحرارة تدريجيًا ليصل إلى نقطة التسييل. في هذه العملية، تلعب المبادلات الحرارية دورًا حاسمًا، إذ تُقلّل استهلاك الطاقة بشكل فعّال وتُحسّن كفاءة التبريد، مما يضمن إمكانية تسييل الهواء في درجات حرارة منخفضة، مما يُهيئ الظروف المناسبة لفصل التقطير اللاحق.

4. تسييل الهواء والتقطير

في برج الفصل بالتبريد العميق، يُبرَّد الهواء المضغوط والمُبرَّد إلى حالة مُسالة. يُرسَل الهواء المُسال إلى برج التقطير للفصل. ينقسم برج التقطير إلى قسمين: برج الضغط العالي وبرج الضغط المنخفض. في برج الضغط العالي، يُفصل الهواء إلى أكسجين خام ونيتروجين خام، ثم يُقطَّر الأكسجين والنيتروجين الخام في برج الضغط المنخفض للحصول على أكسجين ونيتروجين عاليي النقاء. يعتمد فصل النيتروجين والأكسجين بشكل أساسي على اختلاف خصائصهما الفيزيائية في درجات غليانهما، مما يُتيح فصلًا فعالًا في برج التقطير.

5. عملية التنقية

يحتوي الأكسجين والنيتروجين المنفصلان في برج التقطير على كمية قليلة من الشوائب، لذا يتطلبان مزيدًا من التنقية لتلبية المعايير الصناعية والطبية. يمكن تحسين نقاء النيتروجين باستخدام محفزات إزالة الأكسجين من الهيدروجين، بينما يمكن تحقيق نقاء الأكسجين من خلال عمليات إعادة التقطير. لتحسين نقاء غاز المنتج، تُستخدم عادةً معدات مثل أجهزة تنقية النيتروجين والأكسجين، مما يؤدي في النهاية إلى الحصول على منتجات أكسجين ونيتروجين عالية النقاء.

6. تطبيقات النيتروجين والأكسجين

يُستخدم النيتروجين والأكسجين عاليا النقاء، المُنتَجان بتقنية فصل الهواء بالتبريد العميق، على نطاق واسع في العديد من الصناعات. ويُستخدم النيتروجين عالي النقاء في الصناعات الكيميائية كغاز واقي وغاز ناقل، وفي الصناعات الغذائية للحفظ والتعبئة، بينما يُستخدم الأكسجين على نطاق واسع في الصناعات الطبية واللحام. وفي الصناعات المعدنية، يُستخدم الأكسجين أيضًا لتحسين كفاءة الاحتراق وتقليل انبعاثات الكربون. في هذه التطبيقات، تُعدّ نقاء الغاز عاملًا أساسيًا في تحديد مدى قابليته للتطبيق، وقد حظيت تقنية فصل الهواء بالتبريد العميق بتقدير واسع لكفاءة فصله ونقائه العالي.

7. مزايا وتحديات تقنية فصل الهواء بالتبريد العميق

تُعدّ تقنية فصل الهواء بالتبريد العميق تقنيةً مُفضّلةً في القطاع الصناعي نظرًا لنقاوتها العالية وكفاءتها العالية. ومع ذلك، تواجه هذه التقنية بعض التحديات، مثل ارتفاع استهلاك الطاقة وارتفاع تكاليف صيانة المعدات. ولخفض استهلاك الطاقة، عادةً ما تأتي معدات فصل الهواء بالتبريد العميق الحديثة مزودةً بأنظمة متطورة لتوفير الطاقة، مثل أجهزة استعادة الحرارة وأنظمة التبريد بالضغط متعدد المراحل. علاوةً على ذلك، ساهم تطبيق تقنية التحكم الآلي في تحسين كفاءة تشغيل وحدات فصل الهواء بالتبريد العميق وسلامتها بشكل ملحوظ. ومن خلال التحسين التكنولوجي وتحسينات المعدات، تحسّنت كفاءة الطاقة واستقرار أنظمة فصل الهواء بالتبريد العميق باستمرار، مما عزز استخدامها في مختلف الصناعات.

يُعد فصل الهواء بالتبريد العميق حاليًا من أكثر الطرق فعالية لإنتاج النيتروجين والأكسجين عالي النقاء. فهو يفصل وينقي الأكسجين والنيتروجين من الهواء بفعالية من خلال خطوات متعددة، مثل المعالجة المسبقة للهواء، والضغط، والتبريد، والتسييل، والتقطير. على الرغم من استهلاكها العالي للطاقة وتعقيد معداتها، إلا أن كفاءة فصلها وإنتاجها للمنتجات عالية النقاء يجعلان هذه التقنية لا غنى عنها في العديد من الصناعات.

آنا هاتف./واتساب/ويشات:+86-18758589723

Email :anna.chou@hznuzhuo.com