۷۸ درصد از هوای اطراف ما را گاز نیتروژن تشکیل داده و فراوانترین گاز موجود در جو زمین است. گاز نیتروژن گاز خاصی است، این گاز بی رنگ، بی بو و بیمزه است و در حالت طبیعی واکنشپذیری کمی دارد. همین ویژگی عامل حضور چشمگیر نیتروژن در صنایع مختلف بوده و امکان ایجاد محیطی ایمن و بدون واکنش را در صنایع برقرار میسازد. نیتروژن چیست، کاربردهای آن چیست و ژنراتورهای نیتروژن که این محصول استراتژیک و ارزشمند را در اختیار صنایع قرار میدهند چگونه کار میکنند؟
نیتروژن
نیتروژن در طبیعت به حالت گازی و به شکل N₂ موجود است. مولکول N₂ از دو اتم نیتروژن تشکیل شده که با پیوند سهگانه به یکدیگر متصل شده اند. پیوند نیتروژن نیتروژن از قویترین پیوندهای شیمیایی موجود در طبیعت است و تجزیهی این مولکول به انرژی زیادی نیازمند است. انرژی زیاد مورد نیاز برای شکست پیوند نیتروژن با نیتروژن و تجزیهی مولکول آن بدین معناست که شانس واکنش با دیگر مواد طبیعی اندک خواهد بود. نیتروژن خنثی و بی اثر بوده و اگر هم با هیدروژن یا اکسیژن ترکیب شود، محصول ترکیباتی چون آمونیاک و اکسیدهای نیتروژن خواهد بود که در کشاورزی و شیمی ارزش زیادی دارد.
کاربرد صنعتی
گاز نیتروژن در صنایع مختلفی برای محافظت، خنثی سازی و پوشش استفاده میشود. از جمله مثالهای آن میتوان به صنایع غذایی اشاره کرد. در این صنعت با این گاز فضای داخل بستهبندی را پر میکنند تا اکسیژن حذف شود و در نتیجه فساد ناشی از اکسیداسیون متوقف گردد. اگر بستهی چیپسی را در دست بگیرید یا با آجیلها و قهوههای بستهبندی شده در مغازهها روبرو شده باشید آن باد معروف داخل بسته همان نیتروژن است که ماندگاری محصول را ارتقا میدهد. صنایع دیگری نیز از این خصوصیت نیتروژن بهره میبرند که از جملهی آنها میتوان به الکترونیک و کارخانجات فولاد و فلزات اشاره کرد. در صنایع الکترونیکی گاز نیتروژن از اکسیداسیون قطعات حساس و لحیم در هنگام تولید مدارها جلوگیری میکند و در صنایع فلزی نیز از زنگ زدگی یا واکنش شیمیایی در سطح فلزات داغ جلوگیری میکند. این خصائص و کاربردها ما را یاد تکنولوژی دیگری نیز می اندازد. تکنولوژی خلاء برای مصارف مشابهی به کار میرود. تفاوت در این است که در یکی گاز اکسیژن را با کمک نیتروژن از فضای بستهبندی و محیط کاری اخراج میکنیم و در دیگری با کمک پمپ خلاء آن گاز را به بیرون میمکیم و محیطی کاملا استریل و عاری از اکسیژن یا گازهای دیگر پدید میاوریم.
صنایع دارویی و راههای تولید نیتروژن
مصارفی که در بالا آمد مصارف مشترک صنایع حساس به آلودگی هاست و یکی از شناختهشدهترین این صنایع صنعت دارو و تولید محصولاتی است که با بدن انسان سر و کار دارد. در صنعت دارو نیز مشابه با صنعت مواد غذایی از نیتروژن برای جلوگیری از آلودگی و حفظ شرایط استریل بهره برده میشود. به طور کلی صنایع غذایی و دارویی صنایعی حساس هستند که در محیط کاری آنها حتی الامکان از تجهیزات استریل و ذیل استانداردهای سختگیرانه استفاده میشود. نیتروژن و خلاء ضروریات این محیط را فراهم میاورند.
تامین نیتروژن از دو راه کلی است: ۱) خرید کپسولها و مخازن نیتروژن مایع که متداولترین روش است. در این حالت نیتروژن لازم کارخانه از شرکتهای گاز صنعتی خریداری میشود. و ۲) تهیهی ژنراتور نیتروژن و تولید نیتروژن در محل کارخانه
روش دوم که تولید نیتروژن در محل کارخانه است این روزها طرفدارانی پیدا کرده است. این از آن روست که در بلندمدت از نظر اقتصادی به صرفهتر است. اگر شما کارخانهای باشید که به طور پیوسته و برای مدت طولانی به نیتروژن نیاز داشته باشید، دیگر این محصول از ملزومات کار شماست و بهتر است خود تولید کنید تا اینکه خریداری نمایید. دلیل دیگر جذابیت این اقدام نیز افزایش ایمنی است که چه در حمل و نقل و چه در انبارداری خطرات را کاهش میدهد.
ژنراتور نیتروژن با کمک هوای فشرده و کمپرسور هوا کار میکند. همانطور که گفته شد هوای محیط حاوی ۷۸ درصد نیتروژن است و ژنراتور نیتروژن اکسیژن و سایر گازهای جزئی را از هوا جدا میکنند تا نیتروژن خالص باقی بماند. در این عملیات از ۲ فرآیند و فناوری استفاده میشود: جذب سطحی با نوسان فشار و جذب غشایی.
در جذب سطحی با نوسان فشار که به اختصار PSA نیز نامیده میشود از فیلترهایی با گرانولهای کربن مولکوار سیو یا CMS استفاده میشود. کربن مولکولار سیو جاذبی نفتی کربنی است که با فرآوری کربن فعال تولید میشود و حفرههایی به قطر ۴ آنگستروم دارد. کربن مولکولار سیو دقت بالایی در جذب و تفکیک ذرات دارد.
هوای فشردهی تولیدی کمپرسور هوا با فشار حدود ۱۰ بار به درون فیلترهای گفته شده دمیده میشود مولکولهای اکسیژن به دام افتاده و مولکولهای نیتروژن عبور داده میشود. این دستگاه دارای دو برج پر شده از کربن مولکولار سیو است که به شکل متناوب کار میکند. این فرآیند شباهتی به بسیاری از دیگر عملیات جداسازی بر روی هوا دارد و خشککنهای هوای فشرده نیز مشابه عمل میکنند؛ بدین شکل که یکی از برجها در حال جذب اکسیژن است و دیگری در حال بازسازی و ریکاوری ذرات جاذب که طی آن اکسیژن جذب شده را تخلیه میکند. این فرآیند به صورت چرخشی و مداوم پی گرفته میشود تا نیتروژنی با خلوص بالا تولید شود. گاز نیتروژن در گسترهای بین ۹۵ تا ۹۹/۹۹ درصد خالص سای میشود.
فناوری دیگری که برای جداسازی گازهای دیگر از نیتروژن استفاده میشود فناوری غشایی است. در این نوع ژنراتورها هوای فشرده از میان ماژولهایی از الیاف توخالی عبور داده میشود و گازها بر اساس سرعت نفوذ متفاوت خود جداگانه جذب میشوند. اکسیژن، بخار آب و دی اکسید کربن سریعتر عبور میکنند و نیتروژن کُندتر در طرف دیگر گیر میافتد. برخی از صنایع نیاز به خلوص بالای نیتروژن ندارند و خلوص متوسط در حجم بالا برای آنها کفایت میکند که از جملهی آن صنعت نفت و گاز است؛ برای این صنایع ژنراتورهای غشایی مناسبتر است. هوای فشردهی گفته شده با بکارگیری کمپرسورهای اسکرو و در فشار حدود ۱۰ بار در اختیار ژنراتور قرار میگیرد. ظرفیت هوادهی کمپرسور به مصرف ژنراتور نیتروژن بستگی دارد و ۲۰ درصد بیش از مصرف ژنراتور کافیست. در این صورت اگر مصرف ژنراتور نیتروژن ۵ متر مکعب بر دقیقه باشد، هوای فشردهی تزریقی به آن ۶ متر مکعب بر دقیقه هوای ۱۰ بار خواهد بود. کیفیت هوای فشرده مصرفی برای بسیاری از کاربردها اهمیتی ندارد و میتوان از کمپرسورهای اویل اینجکت یا روغنی با فیلتراسیون کافی بهره برد. اما در مصارف دارویی و غذایی هم کمپرسور دمندهی هوای فشرده باید کمپرسوری اویل فری و بدون روغن یا اصطلاحا کلاس صفر باشد و هم تکنولوژی ژنراتور نیتروژن از نوع PSA یا جذب سطحی با نوسان فشار انتخاب شود.
تهیهی ژنراتور نیتروژن
بسیاری از کارخانجات به سراغ تهیهی ژنراتور نیتروژن رفته و از تامین کنندگان گاز مستقل شده اند. خریداری هفتگی یا ماهیانه کپسولهای نیتروژن هزینههای حمل و نقل، ذخیرهسازی و اجارهی مخزن را به کارفرمایان تحمیل میکند. طبیعتا تمامی این هزینهها بایستی در کنار سود اکتسابی تولیدکنندهی گاز شمرده شود که تجمیع آنها خریداری ژنراتور نیتروژن و تجهیزات جانبی آن را انتخابی عاقلانهتر مینماید. علاوه بر آن ذخیرهی گاز مایع و فشرده خطراتی دارد و اگر کارخانه مجهز به کمپرسور و ژنراتور نیتروژن باشد وضعیت از پیچیدگیهای گفته شده خارج و تبدیل به وضعیت تولید به مصرف میشود. ژنراتور نیتروژنهای مدرن قابلیت تنظیم میزان خلوص داشته و سیستمهای مانیتورینگ هوشمند عملکرد فیلترها، میزان مصرف هوا و بازدهی را به شکل دورهای گزارش میدهد.
نیتروژن ژنراتورها در اندازه و ظرفیتهای مختلف ساخته میشود و از کارگاههای آزمایشگاهی و صنایع کوچک تا کارخانجات بزرگ فولاد، پتروشیمی، داروسازی و غذایی را پوشش میدهد. گاز نیتروژن بیرنگ و بی بو است و به هنگام کار با آن بایستی سنسورهای ضروری نصب شود تا فضا را اشباع و از اکسیژن تهی نکند.
فرآیند تولید نیتروژن
تولید نیتروژن از کمپرسور هوا شروع میشود. هوای محیط به درون کمپرسور مکیده شده و داخل واحد کمپرسور که در نسخههای روتاری اسکرو شامل دو روتور نر و مادهی در هم تنیده است، فشرده میشود. سپس هوای فشردهی تولیدی از مراحل مختلفی برای ارتقای کیفیت عبور میکند که از جملهی آنها می توان به فیلتر روغن، افترکولر و خشک کن یا درایر کمپرسور اشاره کرد که هوای باکیفیتی را در نهایت در اختیار ژنراتور PSA یا غشایی قرار میدهد. در ژنراتور فرآیند جداسازی و تعلیظ نیتروژن انجام شده و گاز تولیدی به مخزن ذخیره هدایت میشود. در مخزن ذخیره فشار پایدار آن حفظ میشود تا در زمان مورد نیاز به خطوط مصرف تزریق گردد.
در این مطلب از پُستهای سایت جهان کمپرسور بهره برده شده است.
دیدگاه خود را بنویسید