شركة هانغتشو نوزو للتكنولوجيا المحدودة

النيتروجين السائل، صيغته الكيميائية N₂، سائل عديم اللون والرائحة وغير سام، يُستخلص بتسييل النيتروجين عبر عملية تبريد عميق. يُستخدم على نطاق واسع في البحث العلمي والطب والصناعة وتجميد الأغذية نظرًا لانخفاض درجة حرارته الشديدة وتعدد استخداماته. فكيف يتكون النيتروجين السائل؟ ستُقدم هذه المقالة إجابة مفصلة لهذا السؤال من عدة جوانب: استخلاص النيتروجين، وطريقة فصل الهواء بالتبريد العميق، وعملية إنتاج النيتروجين السائل، وتطبيقاته العملية.

استخلاص النيتروجين

يتطلب إنتاج النيتروجين السائل خطوة أولى تتمثل في الحصول على نيتروجين نقي. يُعد النيتروجين المكون الرئيسي للغلاف الجوي للأرض، حيث يشكل 78% من حجم الهواء. ويتم استخلاص النيتروجين عادةً باستخدام تقنية فصل الهواء البارد العميق أو طريقة امتزاز تأرجح الضغط (PSA). تُعد تقنية فصل الهواء البارد العميق الطريقة الصناعية الأكثر شيوعًا، حيث يتم فيها ضغط الهواء وتبريده لفصل الأكسجين والنيتروجين ومكونات غازية أخرى عند درجات حرارة مختلفة. أما طريقة امتزاز تأرجح الضغط، فتعتمد على خصائص الامتزاز المختلفة للمواد الماصة للغازات المختلفة، مما يُتيح الحصول على نيتروجين عالي النقاء من خلال دورة من الامتزاز والتحلل. تضمن هذه الطرق نقاء وجودة النيتروجين كمادة خام لعملية إنتاج النيتروجين السائل.

طريقة الفصل بالهواء البارد العميق

تُعدّ طريقة الفصل بالهواء البارد العميق إحدى الخطوات الرئيسية في إنتاج النيتروجين السائل. تعتمد هذه الطريقة على اختلاف درجات غليان الغازات في الهواء لتسييل النيتروجين والأكسجين ومكونات غازية أخرى، ثم تبخيرها تدريجيًا. تبلغ درجة غليان النيتروجين -195.8 درجة مئوية، بينما تبلغ درجة غليان الأكسجين -183 درجة مئوية. من خلال خفض درجة الحرارة تدريجيًا، يُسال الأكسجين أولًا ويُفصل عن الغازات الأخرى، تاركًا النيتروجين المتبقي عالي النقاوة. بعد ذلك، يُبرّد هذا النيتروجين إلى ما دون درجة غليانه ليتحول إلى نيتروجين سائل، وهو المبدأ الأساسي لتكوين النيتروجين السائل.

عملية إنتاج النيتروجين السائل

تتضمن عملية إنتاج النيتروجين السائل عدة خطوات رئيسية: أولاً، يُضغط الهواء ويُنقى لإزالة الشوائب كالماء وثاني أكسيد الكربون؛ ثم يُبرد الهواء مسبقًا، عادةً إلى حوالي -100 درجة مئوية، لتحسين كفاءة الفصل؛ بعد ذلك، يُجرى فصل بارد عميق، حيث يُبرد الغاز تدريجيًا إلى درجة حرارة تسييل النيتروجين للحصول على غاز النيتروجين السائل. في هذه العملية، تلعب المبادلات الحرارية وأبراج التقطير دورًا حاسمًا في ضمان الفصل الفعال للمكونات المختلفة عند درجات حرارة مناسبة. أخيرًا، يُخزن غاز النيتروجين السائل في حاويات معزولة مصممة خصيصًا للحفاظ على درجة حرارته المنخفضة للغاية ومنع فقدانه بالتبخر.

التحديات التقنية في تكوين النيتروجين السائل

يتطلب تكوين النيتروجين السائل التغلب على عدة تحديات تقنية. أولها الحفاظ على بيئة منخفضة الحرارة، نظرًا لانخفاض درجة غليان النيتروجين السائل بشكل كبير. خلال عملية التسييل، من الضروري الحفاظ على درجة حرارة أقل من -195.8 درجة مئوية، الأمر الذي يتطلب معدات تبريد عالية الأداء ومواد عازلة متطورة. ثانيًا، خلال عملية التبريد العميق، يجب تجنب التكثيف المفرط للأكسجين، لأن الأكسجين السائل يتمتع بخصائص مؤكسدة قوية ويشكل مخاطر محتملة على السلامة. لذلك، خلال عملية التصميم، يجب التحكم بدقة في عملية فصل النيتروجين عن الأكسجين، واستخدام مواد مناسبة لضمان سلامة النظام واستقراره. بالإضافة إلى ذلك، يتطلب نقل وتخزين النيتروجين السائل استخدام قوارير ديوار مصممة خصيصًا لمنع ارتفاع درجة الحرارة وفقدان النيتروجين السائل بالتبخر.

التطبيقات الفعلية للنيتروجين السائل

تُتيح خصائص النيتروجين السائل في درجات الحرارة المنخفضة استخدامه على نطاق واسع في مختلف المجالات. ففي الطب، يُستخدم النيتروجين السائل في الجراحة البردية وحفظ الأنسجة، مثل تجميد الآفات الجلدية وحفظ العينات البيولوجية. وفي صناعة الأغذية، يُستخدم النيتروجين السائل للتجميد السريع للأغذية، حيث تُتيح بيئته فائقة البرودة تجميد الطعام بسرعة، مما يُقلل من تلف بنية الخلايا، وبالتالي يحافظ على النكهة الأصلية والقيمة الغذائية للطعام. وفي مجال البحث العلمي، يُستخدم النيتروجين السائل على نطاق واسع في أبحاث الموصلية الفائقة، وتجارب الفيزياء في درجات الحرارة المنخفضة، وغيرها، حيث يُوفر بيئة تجريبية ذات درجة حرارة منخفضة للغاية. بالإضافة إلى ذلك، في التصنيع الصناعي، يُستخدم النيتروجين السائل في معالجة المعادن، والمعالجة الحرارية، وكغاز خامل لمنع حدوث بعض التفاعلات الكيميائية.

تُعدّ عملية تكوين النيتروجين السائل عملية فيزيائية معقدة، تُنجز بشكل رئيسي من خلال طرق فصل الهواء البارد العميق وتقنيات التسييل. وبفضل انخفاض درجة حرارة النيتروجين السائل، فإنه يلعب دورًا هامًا في مجالات متنوعة كالصناعة والطب والبحث العلمي. بدءًا من استخلاص غاز النيتروجين، مرورًا بالتسييل البارد العميق، وصولًا إلى استخدامه، تُظهر كل خطوة من خطوات هذه العملية قوة تقنيات التبريد والفصل المتقدمة. وفي العمليات العملية، يحتاج الفنيون أيضًا إلى تحسين عملية الإنتاج باستمرار لتقليل استهلاك الطاقة ورفع كفاءة إنتاج النيتروجين السائل.

نحن شركة مصنعة ومصدرة لوحدات فصل الهواء. إذا كنت ترغب في معرفة المزيد عنا:

الشخص المسؤول عن التواصل: آنا

الهاتف/واتساب/وي شات: +86-18758589723

Email :anna.chou@hznuzhuo.com