مجموعة هانغتشو نوزو للتكنولوجيا المحدودة

النيتروجين السائل، وصيغته الكيميائية N₂، سائل عديم اللون والرائحة وغير سام، يُحصل عليه بتسييل النيتروجين عبر عملية تبريد عميق. يُستخدم على نطاق واسع في البحث العلمي والطب والصناعة وتجميد الأغذية بفضل درجات حرارته المنخفضة للغاية وتطبيقاته المتنوعة. فكيف يُصنع النيتروجين السائل؟ ستقدم هذه المقالة إجابة مفصلة على هذا السؤال من جوانب متعددة: استخلاص النيتروجين، وطريقة فصل الهواء بالتبريد العميق، وعملية إنتاج النيتروجين السائل، وتطبيقاته العملية.

استخراج النيتروجين

يتطلب إنتاج النيتروجين السائل الحصول على النيتروجين النقي كخطوة أولى. يُعد النيتروجين المكون الرئيسي للغلاف الجوي للأرض، حيث يُشكل 78% من حجم الهواء. يُستخرج النيتروجين عادةً باستخدام تقنية فصل الهواء البارد العميق أو طرق امتصاص تأرجح الضغط (PSA). يُعد فصل الهواء البارد العميق الطريقة الصناعية الأكثر شيوعًا. من خلال ضغط الهواء وتبريده، يتم فصل الأكسجين والنيتروجين ومكونات غازية أخرى عند درجات حرارة مختلفة. تعتمد طريقة امتصاص تأرجح الضغط على خصائص الامتصاص المختلفة للمواد الماصة للغازات المختلفة، مما يُحقق نيتروجينًا عالي النقاء من خلال دورة امتصاص وامتصاص. تضمن هذه الطرق نقاء وجودة النيتروجين كمادة خام لعملية إنتاج النيتروجين السائل.

طريقة فصل الهواء البارد العميق

تُعد طريقة فصل الهواء البارد العميق إحدى الخطوات الرئيسية في إنتاج النيتروجين السائل. تعتمد هذه الطريقة على درجات غليان مختلفة للغازات في الهواء لتسييل وتبخير النيتروجين والأكسجين ومكونات غازية أخرى تدريجيًا. تبلغ درجة غليان النيتروجين -195.8 درجة مئوية، بينما تبلغ درجة غليان الأكسجين -183 درجة مئوية. بخفض درجة الحرارة تدريجيًا، يُسَلَّل الأكسجين أولًا ويُفصل عن الغازات الأخرى، تاركًا الجزء المتبقي على شكل نيتروجين عالي النقاء. بعد ذلك، يُبرَّد هذا النيتروجين إلى ما دون درجة غليانه لإسالته 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 مثل الماء وثاني أكسيد الكربون؛ ثم يُبرّد الهواء مُسبقاً، عادةً إلى حوالي -100 درجة مئوية لتحسين كفاءة الفصل؛ ثم يُجرى فصل بارد عميق، حيث يُبرّد الغاز تدريجياً إلى درجة حرارة تسييل النيتروجين للحصول على غاز النيتروجين السائل. في هذه العملية، تلعب المبادلات الحرارية وأبراج التجزئة دوراً حاسماً في ضمان الفصل الفعال للمكونات المختلفة عند درجات حرارة مناسبة. وأخيراً، يُخزّن غاز النيتروجين السائل في حاويات معزولة مصممة خصيصاً 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، حيث أن درجة غليانه منخفضة للغاية. أثناء عملية التسييل، من الضروري الحفاظ على درجة حرارة أقل من -195.8 درجة مئوية، مما يتطلب معدات تبريد عالية الأداء ومواد عزل. ثانيًا، أثناء عملية التبريد العميق، يجب تجنب التكثيف المفرط للأكسجين، نظرًا لخصائصه المؤكسدة القوية، مما قد يُشكل مخاطر محتملة على السلامة. لذلك، أثناء عملية التصميم، يجب التحكم بدقة في عملية فصل النيتروجين عن الأكسجين، واستخدام المواد المناسبة لضمان سلامة النظام واستقراره. بالإضافة إلى ذلك، يتطلب نقل وتخزين النيتروجين السائل قوارير ديوار مصممة خصيصًا لمنع ارتفاع درجة الحرارة وفقدان النيتروجين السائل نتيجة التبخر.

التطبيقات الفعلية للنيتروجين السائل

إن خصائص النيتروجين السائل منخفضة الحرارة تجعله قابلاً للتطبيق على نطاق واسع في مختلف المجالات. ففي الطب، يُستخدم النيتروجين السائل في الجراحة بالتبريد وحفظ الأنسجة، مثل تجميد آفات الجلد وحفظ العينات البيولوجية. وفي صناعة الأغذية، يُستخدم النيتروجين السائل للتجميد السريع للأغذية، إذ إن بيئته شديدة الانخفاض في درجة الحرارة تُمكّن من تجميد الطعام بسرعة، مما يُقلل من تلف بنية الخلية، وبالتالي يُحافظ على نكهته الأصلية وقيمته الغذائية. وفي مجال البحث، يُستخدم النيتروجين السائل على نطاق واسع في أبحاث الموصلية الفائقة، وتجارب الفيزياء منخفضة الحرارة، وغيرها، مُوفرًا بيئة تجريبية منخفضة الحرارة للغاية. بالإضافة إلى ذلك، يُستخدم النيتروجين السائل في الصناعات التحويلية في معالجة المعادن، والمعالجة الحرارية، وكغاز خامل لمنع حدوث بعض التفاعلات الكيميائية. الخلاصة

عملية تكوين النيتروجين السائل عملية فيزيائية معقدة، تُنجز بشكل رئيسي من خلال طرق فصل الهواء البارد العميق وتقنيات التسييل. خاصية النيتروجين السائل المنخفضة الحرارة تجعله يلعب دورًا هامًا في مجالات متنوعة، كالصناعة والطب والبحث العلمي. بدءًا من استخلاص غاز النيتروجين، مرورًا بالتسييل البارد العميق، وصولًا إلى تطبيقاته، تُظهر كل خطوة قوة تقنيات التبريد والفصل المتقدمة. في العمليات العملية، يحتاج الفنيون أيضًا إلى تحسين عملية الإنتاج باستمرار لتقليل استهلاك الطاقة وتحسين كفاءة إنتاج النيتروجين السائل.

نحن مصنعون ومصدرون لوحدات فصل الهواء. للمزيد من المعلومات، تفضلوا بزيارة:

جهة الاتصال: آنا

هاتف/واتساب/وي شات:+86-18758589723

Email :anna.chou@hznuzhuo.com