شركة هانغتشو نوزو للتكنولوجيا المحدودة

تقنية فصل الهواء بالتبريد العميق هي طريقة لفصل المكونات الرئيسية (النيتروجين والأكسجين والأرجون) في الهواء باستخدام درجات حرارة منخفضة. تُستخدم هذه التقنية على نطاق واسع في صناعات متنوعة كالصلب والكيماويات والأدوية والإلكترونيات. ومع تزايد الطلب على الغازات، يتزايد انتشار استخدام تقنية فصل الهواء بالتبريد العميق. ستتناول هذه المقالة بالتفصيل عملية إنتاج الهواء بتقنية فصل الهواء بالتبريد العميق، بما في ذلك مبدأ عملها، ومعداتها الرئيسية، وخطوات تشغيلها، وتطبيقاتها في مختلف الصناعات.

لمحة عامة عن تقنية فصل الهواء المبرد

تعتمد تقنية فصل الهواء المبرد على تبريد الهواء إلى درجات حرارة منخفضة للغاية (أقل من -150 درجة مئوية عادةً)، مما يسمح بفصل مكوناته وفقًا لاختلاف درجات غليانها. تستخدم وحدة فصل الهواء المبرد الهواء كمادة خام، وتخضعه لعمليات مثل الضغط والتبريد والتمدد، لفصل النيتروجين والأكسجين والأرجون في النهاية. تُنتج هذه التقنية غازات عالية النقاء، وبفضل التحكم الدقيق في معايير العملية، تُلبي المتطلبات الصارمة لجودة الغاز في مختلف المجالات الصناعية.

تنقسم وحدة فصل الهواء المبردة إلى ثلاثة أجزاء رئيسية: ضاغط الهواء، ومبرد الهواء المسبق، وصندوق التبريد. يُستخدم ضاغط الهواء لضغط الهواء إلى ضغط عالٍ (عادةً 5-6 ميجا باسكال)، بينما يُخفّض المبرد المسبق درجة حرارة الهواء عن طريق التبريد، أما صندوق التبريد فهو الجزء الأساسي من عملية فصل الهواء المبردة بأكملها، ويشمل برج التجزئة، الذي يُستخدم لفصل الغازات.

ضغط وتبريد الهواء

يُعدّ ضغط الهواء الخطوة الأولى في فصل الهواء المبرد، ويهدف أساسًا إلى ضغط الهواء من الضغط الجوي إلى ضغط أعلى (عادةً 5-6 ميجا باسكال). بعد دخول الهواء إلى النظام عبر الضاغط، ترتفع درجة حرارته بشكل ملحوظ نتيجةً لعملية الضغط. لذا، يجب تنفيذ سلسلة من خطوات التبريد لخفض درجة حرارة الهواء المضغوط. تشمل طرق التبريد الشائعة التبريد بالماء والتبريد بالهواء، ويضمن التبريد الجيد عدم تسبب الهواء المضغوط في أي عبء إضافي على المعدات أثناء المعالجة اللاحقة.

بعد تبريد الهواء مبدئيًا، ينتقل إلى المرحلة التالية من التبريد المسبق. تستخدم هذه المرحلة عادةً النيتروجين أو النيتروجين السائل كوسيط تبريد، حيث يتم خفض درجة حرارة الهواء المضغوط بشكل أكبر باستخدام معدات التبادل الحراري، تمهيدًا لعملية التبريد العميق اللاحقة. من خلال التبريد المسبق، يمكن خفض درجة حرارة الهواء إلى ما يقارب درجة حرارة التسييل، مما يوفر الظروف اللازمة لفصل مكونات الهواء.

التمدد عند درجات الحرارة المنخفضة وفصل الغازات

بعد ضغط الهواء وتبريده مسبقًا، تأتي الخطوة الرئيسية التالية وهي التمدد عند درجات حرارة منخفضة وفصل الغازات. ويتحقق التمدد عند درجات حرارة منخفضة بتمديد الهواء المضغوط بسرعة عبر صمام التمدد إلى الضغط الجوي العادي. وخلال عملية التمدد، تنخفض درجة حرارة الهواء بشكل ملحوظ، لتصل إلى درجة حرارة التسييل. ويبدأ النيتروجين والأكسجين الموجودان في الهواء بالتسييل عند درجات حرارة مختلفة نظرًا لاختلاف درجات غليانهما.

في معدات فصل الهواء المبردة، يدخل الهواء المسال إلى صندوق التبريد، حيث يُعد برج التجزئة الجزء الرئيسي لفصل الغازات. ويعتمد مبدأ عمل برج التجزئة على استغلال اختلاف درجات غليان مكونات الهواء المختلفة، من خلال صعود وهبوط الغازات داخل صندوق التبريد، لتحقيق فصل الغازات. تبلغ درجة غليان النيتروجين -195.8 درجة مئوية، والأكسجين -183 درجة مئوية، والأرجون -185.7 درجة مئوية. ومن خلال ضبط درجة الحرارة والضغط داخل البرج، يُمكن تحقيق فصل فعال للغازات.

تتميز عملية فصل الغازات في برج التقطير بدقة عالية. عادةً ما يُستخدم نظام برج التقطير ثنائي المراحل لاستخلاص النيتروجين والأكسجين والأرجون. في المرحلة الأولى، يُفصل النيتروجين في الجزء العلوي من البرج، بينما يُركز الأكسجين السائل والأرجون في الجزء السفلي. ولتحسين كفاءة الفصل، يُمكن إضافة مُبرد ومُبخر إضافي إلى البرج، مما يُتيح تحكمًا أدق في عملية فصل الغازات.

يتميز النيتروجين المستخلص عادةً بنقائه العالي (أكثر من 99.99%)، ويُستخدم على نطاق واسع في صناعات المعادن والكيماويات والإلكترونيات. أما الأكسجين، فيُستخدم في المجال الطبي وصناعة الصلب وغيرها من الصناعات كثيفة الاستهلاك للطاقة. ويُستخلص الأرجون، كغاز نادر، عادةً من خلال عملية فصل الغازات، ويتميز بنقائه العالي، ويُستخدم على نطاق واسع في اللحام والصهر والقطع بالليزر، وغيرها من المجالات التقنية المتقدمة. ويُمكن لنظام التحكم الآلي ضبط معايير العملية المختلفة وفقًا للاحتياجات الفعلية، مما يُحسّن كفاءة الإنتاج ويُقلل استهلاك الطاقة.

بالإضافة إلى ذلك، يشمل تحسين نظام فصل الهواء المبرد العميق تقنيات توفير الطاقة والتحكم في الانبعاثات. فعلى سبيل المثال، من خلال استعادة الطاقة منخفضة الحرارة في النظام، يمكن تقليل هدر الطاقة وتحسين كفاءة استخدام الطاقة الإجمالية. علاوة على ذلك، ومع تزايد صرامة اللوائح البيئية، تولي معدات فصل الهواء المبرد العميق الحديثة اهتمامًا متزايدًا بتقليل انبعاثات الغازات الضارة وتعزيز الجوانب الصديقة للبيئة في عملية الإنتاج.

تطبيقات فصل الهواء المبرد العميق

لا تقتصر أهمية تقنية فصل الهواء بالتبريد العميق على إنتاج الغازات الصناعية فحسب، بل تمتد لتشمل مجالات متعددة. ففي صناعات الصلب والأسمدة والبتروكيماويات، تُستخدم هذه التقنية لتوفير غازات عالية النقاء كالأكسجين والنيتروجين، مما يضمن كفاءة عمليات الإنتاج. وفي صناعة الإلكترونيات، يُستخدم النيتروجين الناتج عن هذه التقنية للتحكم في بيئة تصنيع أشباه الموصلات. أما في المجال الطبي، فيُعدّ الأكسجين عالي النقاء ضروريًا لدعم الجهاز التنفسي للمرضى.

إضافةً إلى ذلك، تلعب تقنية فصل الهواء المبرد العميق دورًا هامًا في تخزين ونقل الأكسجين السائل والنيتروجين السائل. ففي الحالات التي يتعذر فيها نقل الغازات ذات الضغط العالي، يُمكن للأكسجين السائل والنيتروجين السائل تقليل الحجم وخفض تكاليف النقل بشكل فعال.

خاتمة

تُستخدم تقنية فصل الهواء بالتبريد العميق، لما تتميز به من كفاءة ودقة عاليتين في فصل الغازات، على نطاق واسع في مختلف المجالات الصناعية. ومع تطور هذه التقنية، ستصبح عملية فصل الهواء بالتبريد العميق أكثر ذكاءً وكفاءة في استهلاك الطاقة، مع تحسين نقاء الغازات المفصولة وكفاءة الإنتاج. وفي المستقبل، سيُصبح تطوير تقنية فصل الهواء بالتبريد العميق، بما يخدم حماية البيئة واستعادة الموارد، اتجاهًا رئيسيًا لتطوير الصناعة.

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

Email :anna.chou@hznuzhuo.com