Generatore di azoto liquido: una guida completa alla produzione, alle tecniche e alle applicazioni

I generatori di azoto liquido hanno dimostrato di essere una rivoluzione in diversi settori in un mondo soggetto a precisione ed efficienza. Forniscono una soluzione facile per la produzione su richiesta di azoto liquido specificamente utilizzato in diverse applicazioni che vanno dalla criogenica alla conservazione degli alimenti a costi molto bassi.

Ma come funzionano? Quali vantaggi hanno e come risolvi alcuni problemi comuni per assicurarsi che funzionino continuamente? Questo articolo ha lo scopo di coprire tutto ciò che c'è da sapere sui generatori di azoto liquido: le loro parti e componenti, soluzioni per la risoluzione dei problemi e la gamma di settori in cui queste macchine sono invocate per fornire processi essenziali.

Cos'è un generatore di azoto liquido?

Come può essere liquefatto l'azoto

Il metodo di conversione del gas di azoto in uno stato liquido attraverso il raffreddarlo a una temperatura inferiore a -196 ° C è definito liquefazione di azoto. Questo può essere fatto con l'aiuto del raffreddamento criogenico e di altri sistemi ad alta pressione.

Ha una significativa applicazione industriale in cui, dopo il congelamento, lo stoccaggio e le reazioni chimiche, sono essenziali le proprietà dell'azoto liquido, cioè a bassa temperatura e inerzia. La purezza dell'azoto, in generale, diventa una preoccupazione principale poiché le impurità riducono l'efficienza e l'efficacia del processo di liquefazione.

Ruoli di azoto nelle industrie

• Nella produzione industriale , l'azoto viene utilizzato nella saldatura, nel taglio laser e in alcuni trattamenti di metalli.

• Per l'assistenza sanitaria , l'azoto liquido viene utilizzato per la crioconservazione di campioni biologici, il trasporto di organi e utilizzato in alcuni trattamenti dermatologici come la rimozione delle verruche.

• Nell'industria alimentare e delle bevande , conserva il cibo attraverso il congelamento del flash, aiuta a dare la consistenza al gelato e crea atmosfere inerte nelle confezioni per controllare il deterioramento.

Generare azoto liquido su scala

Quando si produce azoto liquido in massa, l'adozione di apparecchiature specifiche diventa necessaria in base esclusivamente alle diverse applicazioni. I generatori di azoto liquido industriali sono progettati per l'alta produttività, che consente il loro utilizzo in linee di produzione commerciali.

Al contrario, i piccoli generatori compatti vengono utilizzati nei laboratori di ricerca e hanno la giusta quantità necessaria per le sperimentazioni scientifiche. Molti produttori hanno soluzioni di generatore personalizzate che consentono alle industrie di adattarle ai loro requisiti in produzione e funzionamento.

Come funziona il processo di generazione di azoto liquido?

Sistemi nuovi per il raffreddamento dell'aria

Il primo atto di azoto liquefatto è il raffreddamento dell'aria atmosferica a temperature molto basse. I sistemi criogenici raffreddano l'aria sotto il punto di ebollizione dell'azoto (-196 ° C).

Questa fase è di solito seguita da un ciclo di espansione che ha prima temperature drasticamente raffreddate. Il precool, che coinvolge la compressione dell'aria per rimuovere il calore, inizializza questo processo. Efficaci scambiatori di calore e refrigeranti sono componenti cruciali per le velocità di raffreddamento richieste.

Comprimendo l'aria per una separazione efficiente

Post-Compressione e raffreddamento, l'aria viene quindi sottoposta ad alta pressione, che aiuta a separare l'azoto da altri componenti dell'aria. Ciò è reso possibile dai compressori che dovrebbero essere efficienti dal punto di vista energetico mentre sono in grado di elaborare l'aria ad alto volume.

L'umidità e la contaminazione vengono eliminate dall'aria prima di usarla per produrre un flusso di gas di alimentazione pulito e secco. Tale purificazione è fondamentale per produrre azoto liquido di qualità.

Estrazione di azoto dai metodi criogenici

Il processo di separazione inizia dopo aver compresso e purificato l'aria. Ciò è fatto principalmente attraverso la distillazione criogenica, per cui l'aria viene trattata a temperature molto basse a cui i suoi componenti liqueficano a temperature variabili. Poiché l'azoto ha il punto di ebollizione più basso tra i principali componenti dell'aria, può essere separato per primo.

Successivamente, l'azoto liquido viene immagazzinato in serbatoi criogenici isolati per ridurre al minimo il trasferimento di calore e la contaminazione fino al suo uso. Questo processo può anche essere migliorato ulteriormente adottando tecnologie moderne come l'adsorbimento dell'oscillazione a pressione (PSA) e la separazione della membrana per migliorare l'efficienza e la scalabilità.

Parametri tecnici chiave del generatore di azoto liquido

1. La purezza dell'azoto
   in genere, le purezze di azoto erano comprese tra il 95% e il 99,999%, aumentando a livelli di purezza più elevati per alcune applicazioni, come gli scopi medici o di ricerca. La purezza è determinata dalle prestazioni del processo di separazione, come la distillazione criogenica o il PSA (adsorbimento dell'oscillazione della pressione).

2. Capacità di produzione
   La capacità di produzione si riferisce a quanto azoto liquido un generatore può produrre in un determinato periodo di tempo (spesso in litri/giorno (LPD) o metri cubi/ora (NM⊃3;/H)). Questa prestazione è influenzata dalla progettazione del generatore, dalla dimensione del compressore e dall'efficienza del processo di separazione.

3. Il consumo di energia il consumo di energia è uno dei fattori più importanti che influenzano il prezzo operativo dei generatori di azoto liquido. La sua misura è generalmente espressa in kilowatt (KW) per unità di azoto prodotto (KWH/NM⊃3;). In particolare, l'efficienza energetica dipende anche dai cicli di raffreddamento raggiunti dal sistema, dagli scambiatori di calore e dal tipo di compressore.

4. Pressione operativa
   La pressione operativa mostra la pressione in base alla quale l'aria entra nelle fasi di compressione e elaborazione del sistema. Questo è in genere tra 6 e 10 bar (1 bar = atmosfera). Le pressioni elevate comportano una separazione ancora più efficiente delle molecole di azoto ma richiedono una costruzione più robusta. La pressione influenza le dimensioni e la progettazione dei compressori, nonché la liquefazione efficiente nel complesso.

5. Il raffreddamento del controllo della temperatura
   doveva essere molto accurato durante il processo di liquefazione in modo che l'aria possa essere raffreddata nelle gamme richieste per la liquefazione senza contaminazione o perdita di efficienza. Il sistema complessivo deve anche rimanere a temperature uniformi, dalla compressione dell'aria attraverso la conservazione dell'azoto liquido.

6. Efficienza dei compressori
   I compressori devono gestire quantità ingombranti di aria e dovrebbero svolgere il lavoro a basso consumo di energia. Le piante di compressore a stadio di multi vengono normalmente utilizzati in vasti sistemi per aumentare sia la pressione che la temperatura e l'ottimizzazione della liquefazione. L'efficienza di un compressore dipende più dal suo input di potenza rispetto al volume dell'aria compressa.

7. Tempo di ciclo
   Il tempo di ciclo è definito come il tempo necessario per l'elaborazione di un intero lotto di aria in azoto liquido. I tempi di ciclo sono più brevi, il che di solito significa un tasso di produzione più rapido, ma è necessario un sistema più complesso per mantenere l'efficienza e la stabilità. È necessario un equilibrio di tempo di ciclo contro l'energia affinché un generatore sia conveniente senza sacrificare le prestazioni.

8. Intervalli di manutenzione
   La manutenzione uccide la giornata per tutti i componenti - i compressori, le unità di refrigerazione e i sistemi di separazione - con i quali si esibiranno a un determinato livello. Il programma di manutenzione dipende dall'ambiente operativo, dalle dimensioni del sistema e dalla frequenza d'uso. L'affidabilità delle prestazioni per la durata della vita del generatore dipende dalla riduzione dei tempi morti e indossano prematuramente i componenti.

9. Livelli di rumore
   I livelli di rumore, sebbene non sempre una preoccupazione nel mondo industriale, costituiscono un'importante specifica tecnica in particolare con i generatori in ambienti più sensibili al rumore o consapevoli del rumore. Il rumore di solito proviene da compressori, valvole di espansione e altri componenti meccanici. La riduzione del rumore migliora le condizioni di lavoro, in particolare nella ricerca o nelle strutture mediche in cui il generatore può avere la vicinanza vicino alle persone.

10. La capacità di conservazione e
    l'azoto liquido isolante devono essere conservati a temperature estremamente basse e i serbatoi di stoccaggio devono essere ben isolati per prevenire l'evaporazione. La qualità dell'isolamento e la capacità dei serbatoi di stoccaggio sono parametri fondamentali. I serbatoi di stoccaggio sono spesso progettati per contenere azoto liquido ad una pressione di circa 1 a 5 bar, garantendo lo stoccaggio stabile e il trasferimento efficiente alle applicazioni, se necessario.

Quali sono i vantaggi e gli svantaggi del generatore di azoto liquido?

Vantaggi dei generatori di azoto liquido industriale

• Efficacia in termini di costi
  Con il generatore di azoto liquido, si può trarre una lunga strada nel eliminare l'approvvigionamento di bilancio dell'azoto facendo affidamento su di loro solo per una volta; Quindi il costo reale diventa costi elettrici e di manutenzione per il funzionamento, essendo quindi un metodo di fornitura più sostenibile ed economico dopo un po '.

• La produzione su richiesta
  dei generatori di azoto liquido può consentire alle aziende di produrre azoto in loco per il consumo immediato, liberando così l'offerta dai ritardi attraverso l'offerta a catena, offrendo una maggiore flessibilità, specialmente per le imprese in cui la domanda di azoto fluttua.

• Azoto ad alta purezza
  che i generatori di azoto liquido avanzati possono produrre azoto puro, richiesto in applicazioni specifiche come la ricerca medica, la criogenica e la produzione di semiconduttori.

• La maggior parte del tempo ecologica
  , economica nella produzione di azoto in loco in genere, significherà che si muove meno azoto e quindi riduce le impronte di carbonio dalle emissioni coinvolte nella fornitura e nella conservazione della fonte di azoto per cilindro o ridimensionato di massa.

Svantaggi dei generatori di azoto liquido industriale

• Alto investimento iniziale
  Un grande esborso iniziale sta acquistando e installando un generatore di azoto liquido. Incorpora tutti i costi delle apparecchiature, i costi per l'installazione, i costi delle infrastrutture e così via, che possono vietare le piccole aziende o quelle con bassa domanda di azoto.

• Requisiti di manutenzione
  avrà bisogno di una frequenza costante per funzionare meglio; coinvolgere la stessa frequenza di servizio per compressori, sistemi di raffreddamento e serbatoi di stoccaggio; Se trascurata, questa manutenzione può portare a costose riparazioni e tempi di inattività.

Quali sono le applicazioni chiave dei generatori di azoto liquido?

Crioconservazione e applicazioni mediche

• Presentazione del campione biologico: l'azoto liquido è comunemente usato per conservare campioni biologici come sangue, sperma ed embrioni a temperature ultra-basse per preservare la loro vitalità per uso futuro.

• Conservazione degli organi: svolge un ruolo fondamentale nel preservare gli organi per il trapianto rallentando i processi metabolici e riducendo il rischio di danni ai tessuti.

• Cryochirurgia: l'azoto liquido viene utilizzato nelle procedure criosurgiche per trattare tessuti anormali o malati, come verruche, lesioni precancerose o tumori, congelandoli e distruggendoli.

Industria alimentare e delle bevande

• Preservazione alimentare: l'azoto liquido viene utilizzato per il cibo con congelamento del flash, preservare la consistenza, il sapore e il valore nutrizionale abbassando rapidamente le temperature senza formare grandi cristalli di ghiaccio.

• Packaging alimentare: crea un'atmosfera inerte nell'imballaggio, prevenendo l'ossidazione e prolungare la durata di conservazione, in particolare per prodotti delicati come patatine, noci e snack.

• Gelato azoto liquido: alcuni stabilimenti alimentari utilizzano azoto liquido per creare istantaneamente il gelato, fornendo una consistenza più fluida e un'esperienza culinaria unica per i clienti.

Industrie chimiche e farmaceutiche

• Reazioni chimiche: l'azoto liquido viene utilizzato per creare ambienti a bassa temperatura per reazioni che richiedono condizioni criogeniche, come nella produzione di determinati prodotti chimici e farmaceutici.

• Archiviazione farmaceutica: viene utilizzato per immagazzinare sostanze chimiche, vaccini e farmaci sensibili che richiedono temperature di congelamento per mantenere la stabilità e l'efficacia.

• Processi di asciugatura e congelamento: l'azoto liquido viene impiegato nei processi di liofilizzazione e polvere, in particolare per i materiali sensibili al calore, garantendo che i prodotti mantengano la loro integrità durante la produzione.

Ricerca e sviluppo

• Applicazioni di laboratorio: nei laboratori, l'azoto liquido viene utilizzato per materiali di raffreddamento e strumenti, come nel congelamento criogenico di campioni biologici o nei materiali di raffreddamento di superconduttori.

• Test del materiale: aiuta a testare materiali a temperature estreme, come metalli, leghe e polimeri, simulando le condizioni criogeniche per valutare le loro proprietà e le loro prestazioni.

• Reazioni di accelerazione: i ricercatori utilizzano azoto liquido per accelerare alcuni processi chimici che richiedono un raffreddamento rapido, come nello studio delle velocità di reazione o nella formazione di composti specifici.

Industrie metalliche ed elettroniche

• Trattamento criogenico dei metalli: l'azoto liquido viene utilizzato nel trattamento criogenico dei metalli per migliorare la durezza, la durata e la resistenza all'usura, in particolare nella produzione di strumenti, parti automobilistiche e componenti aerospaziali.

• Produzione elettronica: l'azoto liquido viene impiegato nella produzione e nel test dell'elettronica, in particolare per i componenti sensibili al raffreddamento durante l'assemblaggio e garantire la loro stabilità e longevità a temperature estreme.

Applicazioni ambientali

• Controllo dell'inquinamento: l'azoto liquido viene utilizzato nelle unità di separazione dell'aria per la rimozione di ossigeno dall'aria per creare atmosfere inerte per la combustione o per ridurre le emissioni di ossidi di azoto (NOX) in contesti industriali.

• Industria petrolifera e del gas: nel settore petrolifero e del gas, l'azoto liquido viene utilizzato per la stimolazione dei pozzi, i test di pressione e la fornitura di un'atmosfera inerte durante alcune operazioni di perforazione per migliorare la sicurezza e le prestazioni.

Risoluzione dei problemi per i generatori di azoto liquido industriali

1. produzione di azoto basso o nessuna produzione di azoto liquido

• Esamina il funzionamento del compressore d'aria: verifica se un compressore d'aria funziona perfettamente o no, cioè, per quanto possibile, si deve confermare se la produzione di azoto sarà buona non appena il compressore dovrebbe funzionare alla pressione richiesta. Cerca perdite, guarnizioni vecchie o danneggiate e valvole funzionanti a causa di cui sono compromesse le prestazioni.

• Controllare la funzionalità del sistema criogenico: gli scambiatori di calore criogenici e le valvole di espansione sono i contributori più critici in un processo di liquefazione. Per tali componenti, la loro pulizia e le normali condizioni operative devono essere garantite. Qualsiasi blocco o incrostazione in questi componenti può ridurre l'efficacia del sistema nell'aria di raffreddamento e produrre azoto liquido.

• Ispezionare le impostazioni per la pressione e la temperatura: verificare che le impostazioni di pressione e temperatura soddisfino le specifiche stabilite dal produttore perché le impostazioni errate non consentiranno all'aria di liquefare.

• Cerca la contaminazione: se la purezza dell'azoto è inferiore, comprometterà la produzione di contaminanti come acqua, olio o particelle dall'alimentazione dell'aria. Pulire o sostituire i filtri, i separatori di umidità e qualsiasi altro sistema di filtro sporco coinvolti nel processo.

2. PURITÀ LASSA DI AZIONE LIBILIO

• Esaminare il processo di separazione: la purezza dell'azoto liquido è influenzata dall'efficienza dell'unità di separazione dell'aria. Se le colonne di separazione dell'aria o distillazione non funzionano, potrebbero non riuscire a separare correttamente l'azoto da altri gas. Ispezionare eventuali problemi con le colonne di distillazione criogenica o i sistemi PSA (adsorbimento dell'oscillazione a pressione).

• Ispezionare i filtri e i materiali di adsorbimento: nel tempo i materiali di adsorbimento nel sistema PSA o i filtri possono diventare saturi, riducendo la capacità del sistema di ottenere la purezza richiesta. Controllare e sostituire regolarmente questi materiali se necessario.

• Verificare la presenza di perdite di gas: le perdite nelle linee di aspirazione dell'aria o di uscita dell'azoto possono portare a impurità in azoto. Ispezionare tutte le tubazioni, le guarnizioni e le connessioni per perdite e sostituire guarnizioni o componenti difettosi.

3. Eccessivo consumo di energia

• Ispezionare l'efficienza del compressore: un compressore malfunzionante può aumentare significativamente il consumo di energia. Assicurarsi che i compressori funzionino con efficienza ottimale, con una corretta lubrificazione e nessuna usura meccanica. Sostituire eventuali componenti logori come cuscinetti o guarnizioni che possono ridurre l'efficienza.

• Rivedere l'isolamento del sistema: lo scarso isolamento nei serbatoi o le tubazioni di accumulo criogenico può portare a trasferimento di calore, causando l'utilizzo del sistema per mantenere le basse temperature. Assicurarsi che tutti i serbatoi di stoccaggio e le tubazioni siano adeguatamente isolate per ridurre al minimo la perdita di energia.

• Ottimizzare le impostazioni di temperatura e pressione: assicurarsi che le pressioni e le temperature operative siano regolate correttamente per massimizzare l'efficienza energetica. Le impostazioni ad alta pressione potrebbero consumare più potenza, quindi assicurarsi che corrispondano al tasso di produzione di azoto richiesto.

4. Frequenti arresti o guasti del sistema

• Monitorare per il surriscaldamento: controllare il sistema di raffreddamento e i refrigeranti utilizzati nel ciclo criogenico. Il surriscaldamento a causa di un refrigerante insufficiente o di uno scambiatore di calore malfunzionante può causare automaticamente il sistema per prevenire danni.

• Esaminare le valvole di scarico della pressione: le valvole di scarico di pressione difettose possono innescare arresti non necessari a causa di letture errate di pressione. Ispezionare regolarmente le valvole per segni di danno o usura e sostituirle secondo necessità.

• Verificare la presenza di malfunzionamenti del sistema di controllo: se i sistemi di controllo elettronici, i sensori o i regolatori non funzionano, possono portare a arresti di sistema. Ispezionare tutti i sensori e i controller per l'accuratezza e ricalibrarli o sostituirli se necessario.

5. rumore o vibrazione insoliti

• Ispezionare i cuscinetti del compressore e del motore: rumore o vibrazione insoliti possono indicare cuscinetti usurati o parti disallineate nei compressori o nei motori. Ispezionare e lubrificare i cuscinetti regolarmente e sostituirli se mostrano segni di usura.

• Verificare la presenza di componenti sciolti: le parti sciolte nel sistema, inclusi chiusura, pompe o tubi, possono portare a vibrazioni eccessive. Stringere tutte le connessioni e assicurarsi che tutti i componenti siano sicuri.

• Esaminare le valvole di espansione: una valvola di espansione malfunzionante può causare un funzionamento irregolare, producendo vibrazioni o rumori insoliti. Ispezionare la valvola per blocchi o danni e sostituirla se necessario.

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