شركة هانغتشو نوزو للتكنولوجيا المحدودة

تُعدّ تقنية فصل الهواء بالتبريد العميق إحدى أهمّ الطرق لإنتاج النيتروجين والأكسجين عاليي النقاء في الصناعة الحديثة. وتُستخدم هذه التقنية على نطاق واسع في مختلف الصناعات، مثل التعدين والهندسة الكيميائية والطب. ستتناول هذه المقالة بالتفصيل كيفية إنتاج النيتروجين والأكسجين عاليي النقاء بتقنية فصل الهواء بالتبريد العميق، بالإضافة إلى الخطوات الرئيسية والمعدات المستخدمة في هذه العملية.

1. المبدأ الأساسي لفصل الهواء المبرد

فصل الهواء بالتبريد العميق هو عملية تفصل المكونات الرئيسية للهواء عن طريق خفض درجة حرارته. يتكون الهواء بشكل أساسي من النيتروجين والأكسجين وكمية قليلة من الأرجون. يتم ضغط الهواء وتبريده إلى درجة حرارة منخفضة للغاية، مما يؤدي إلى تسييله، ثم تُستخدم درجات غليان كل غاز على حدة في عملية التقطير لفصل النيتروجين والأكسجين. تبلغ درجة غليان النيتروجين -195.8 درجة مئوية، بينما تبلغ درجة غليان الأكسجين -183 درجة مئوية، لذا يمكن تنقيتهما بشكل منفصل من خلال التقطير على مراحل.

2. مرحلة المعالجة المسبقة: تنقية الهواء

في عملية فصل الهواء المبرد، تُعدّ المعالجة المسبقة للهواء خطوة أولى حاسمة. يحتوي الهواء على شوائب مثل الغبار وثاني أكسيد الكربون والرطوبة، والتي تتجمد في بيئة درجات الحرارة المنخفضة، مما يُسبب انسداد المعدات. لذلك، يُخضع الهواء أولاً لعمليات الترشيح والضغط والتجفيف لإزالة الشوائب والرطوبة. عادةً ما تُستخدم المجففات وأجهزة الامتزاز الجزيئي لإزالة الشوائب من الهواء، مما يضمن استقرار وكفاءة عملية الفصل المبرد اللاحقة.

3. ضغط الهواء وتبريده

يحتاج الهواء النقي إلى الضغط، عادةً باستخدام عدة ضواغط، لرفع ضغطه إلى 5-6 ميجاباسكال. ثم يُبرّد الهواء المضغوط عبر مبادلات حرارية مع الغاز المُعاد عند درجة حرارة منخفضة، مما يُخفّض درجة حرارته تدريجيًا حتى يقترب من نقطة التسييل. في هذه العملية، تلعب المبادلات الحرارية دورًا حاسمًا، إذ تُسهم بفعالية في خفض استهلاك الطاقة وتحسين كفاءة التبريد، مما يضمن تسييل الهواء في ظروف درجات حرارة منخفضة، مُهيئًا بذلك الظروف اللازمة لعملية التقطير اللاحقة.

4. تسييل الهواء وتقطيره

في برج الفصل المبرد، يُبرَّد الهواء المضغوط والمبرد حتى يصبح سائلاً. يُرسل الهواء السائل إلى برج التقطير لفصل مكوناته. 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 الخام والنيتروجين الخام في برج الضغط المنخفض للحصول على أكسجين ونيتروجين عاليي النقاء. يعتمد فصل النيتروجين والأكسجين بشكل أساسي على اختلاف درجات غليانهما، مما يُتيح فصلهما بكفاءة عالية في برج التقطير.

5. عملية التنقية

لا يزال الأكسجين والنيتروجين المفصولان في برج التقطير يحتويان على كمية ضئيلة من الشوائب، لذا يلزم تنقيتهما بشكل إضافي لتلبية المعايير الصناعية والطبية. يمكن تحسين نقاء النيتروجين باستخدام محفزات إزالة الأكسجين بالهيدروجين، بينما يمكن تحسين نقاء الأكسجين من خلال عمليات إعادة التقطير. ولتحسين نقاء الغاز الناتج، تُستخدم عادةً معدات مثل أجهزة تنقية النيتروجين وأجهزة تنقية الأكسجين، مما يؤدي في النهاية إلى الحصول على منتجات أكسجين ونيتروجين عالية النقاء.

6. تطبيقات النيتروجين والأكسجين

يُستخدم النيتروجين والأكسجين عاليي النقاء، المُنتَجان بتقنية فصل الهواء بالتبريد، على نطاق واسع في العديد من الصناعات. يُستخدم النيتروجين عالي النقاء في الصناعات الكيميائية كغاز واقٍ وناقل، 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، يُعد نقاء الغاز عاملاً أساسيًا في تحديد مدى ملاءمته، وقد حظيت تقنية فصل الهواء بالتبريد باعتراف واسع النطاق لكفاءتها العالية في الفصل وإنتاجها غازات عالية النقاء.

7. مزايا وتحديات تقنية فصل الهواء المبرد

تُفضّل تقنية فصل الهواء المبرد في القطاع الصناعي نظرًا لنقائها وكفاءتها العالية. مع ذلك، تواجه هذه التقنية بعض التحديات، مثل ارتفاع استهلاك الطاقة وتكاليف صيانة المعدات. ولتقليل استهلاك الطاقة، تُزوّد ​​معدات فصل الهواء المبرد الحديثة عادةً بأنظمة متطورة لتوفير الطاقة، مثل أجهزة استعادة الحرارة وأنظمة التبريد بالضغط متعددة المراحل. علاوة على ذلك، ساهم تطبيق تقنية التحكم الآلي بشكل كبير في تحسين كفاءة التشغيل وسلامة وحدات فصل الهواء المبردة. ومن خلال التحسين التكنولوجي وتطوير المعدات، تحسّنت كفاءة الطاقة واستقرار أنظمة فصل الهواء المبردة باستمرار، مما عزز استخدامها في مختلف الصناعات.

يُعدّ فصل الهواء بالتبريد العميق حاليًا من أكثر الطرق فعالية لإنتاج النيتروجين والأكسجين عاليي النقاء. فهو يفصل وينقي الأكسجين والنيتروجين من الهواء بكفاءة عالية عبر عدة مراحل، تشمل المعالجة المسبقة للهواء، والضغط، والتبريد، والتسييل، والتقطير. ورغم أن عملية فصل الهواء بالتبريد العميق تتطلب استهلاكًا عاليًا للطاقة ومعدات معقدة، إلا أن كفاءتها العالية في الفصل وإنتاجها لمواد عالية النقاء تجعلها تقنية لا غنى عنها في العديد من الصناعات.

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

Email :anna.chou@hznuzhuo.com