تولید کننده نیتروژن مایع با صنایعی همچون خودروسازی، صنایع غذایی، مراکز پزشکی و درمانی و غیره در ارتباط است. به سبب تنوع بالا، مقرون به صرفه و اقتصادی بودن این ماده تقریباً در هر صنعت برودتی از نیتروژن مایع استفاده می‌شود. پیدایش نیتروژن مایع به اواخر قرن نوزدهم میلادی برمیگردد. اولین تولید کننده نیتروژن مایع در جهان کارن فون لینده و جیمز دوار دو دانشمند برجسته بودند. آن‌ها به منظور آزادسازی گازهای گوناگون بر اساس کرایوژنیک مدرن این مایع را کشف کردند.
اما نیتروژن مایع چیست و دلیل محبوبیت و کاربردهای اصلی آن چیست؟ برای پاسخ به این سؤالات ادامه مطلب را از دست ندهید.
نیتروژن مایع چیست؟
زمانی که گاز نیتروژن در دمای انجماد زیر صفر، خنک می‌شود فرآیند تولید نیتروژن مایع آغاز می‌شود. چگالی نیتروژن مایع در فشار اتمسفر ۸۰۶. ۵۹ کیلوگرم بر متر مکعب و ظرفیت انرژی ۱۹۹. ۳۲ کیلوژول بر کیلوگرم بسیار شبیه به آب است. در اختلاف دمای فابل توجهی که در معرض هوای محیط باشد، یک غبار بخار متراکم آب ایجاد می‌شود.
دمای نیتروژن مایع
نقطه جوش مایع نیتروژن در فشار اتمسفر معمولی حدود ۱۹۶- درجه سیلسیوس (۳۲۱- درجه فارنهایت) است. در دمای پایین‌تر از آن ماده از حالت گاز به مایع تبدیل می‌شود. زمانی که از این نقطه دما افزایش یابد نیتروژن مایع مجدد به حالت گازی درمی آید.
مراحل کار در کارخانجات تولید کننده نیتروژن مایع به شکل است؟
تولید ازت مایع در کارخانجات جداسازی هوا صورت می‌گیرد و معمولاً شامل سه مرحله زیر است:
مرحله تصفیه:
در این مرحله برای حذف co۲، وجود آب و گرد و غبار در فرآیند مایع‌سازی می‌تواند باعث اختلال شود به همین منظور فیلتراسیون و تصفیه انجام می‌گردد.
مرحله فشرده‌سازی و خنک‌سازی:
هوا بر اساس اصل متراکم‌سازی یا فشرده‌سازی با انبساط گاز در این مرحله خنک و کاملاً متراکم می‌گردد. در شرایطی که با متراکم کردن از نیتروزن گرما خارج شده و با انبساط گاز فرآیند خنک‌سازی شروع می‌شود. این اصل کاملاً مشابه تبرید در یخچال بوده اما بسیار قدرتمند و کارآمدتر از آن صورت می‌گیرد.
مرحله نهایی تراکم:
گازهای اکسیژن و آرگون نیز در حالتی که کاهش دما شدید باشد متراکم و مایع شده و از جریان هوا جدا می‌شوند. کاهش دما در -۱۹۶ درجه سانتی‌گراد منجر به تولید نیتروژن مایع می‌شود.
هلیوم (He) و هیدروژن تنها گاز‌هایی هستندکه از هوا فیلتر نشده و به شکل گاز باقی می‌مانند، زیرا دمای هوا برای تبدیل شدن این گاز‌ها به مایع هنوز در این نقطه گرم است.
ذخیره‌سازی نیتروژن مایع
پس از تولید، ازت یا نیتروژن مایع باید با امنیت کامل ذخیره شود. این کارمعمولاً به ۲ روش انجام می‌شود:
- در مخازن بزرگ برای نگهداری طولانی مدت.
- در ظروف یا دوار برای نگهداری مقادیر کمتر یا حمل و نقل.
هنگام ذخیره نیتروژن مایع، اجتناب از گرم کردن مخزن، دیوار یا خطوط انتقال تا حد امکان ضروری است. چرا که افزایش دما، آزادسازی گاز مایع برودتی را به دنبال دارد. تشكیل گاز باعث افزایش فشار در سیستم شده و در صورتی كه گاز بتواند از سیستم تبخیر شود، موجب از دست رفتن منبع (شکستن بافت LN۲) می‌شود. هنگامی که گاز نمی‌تواند از سیستم خارج شود، فشار به طور قابل توجهی افزایش می‌یابد و وضعیتی خطرناک مانند انفجار نیتروژن مایع رخ خواهد داد.
به طور کلی حمل نیتروژن مایع بسیاربسیار دشوار بوده و امکان کریوژنیزه شدن وتشکیل خود به خودی اکسیژن وجود دارد.
عایق خلاء
راه حل نهایی برای ذخیره و انتقال نیتروژن مایع به شکل ایمن (در دمای مناسب)، استفاده ازتکنیک عایق خلاء است. این فناوری همانطور که از نامش پیداست، بین دو جداره مخازن ذخیره‌سازی و خطوط انتقال مایع، خلاء ایجاد می‌کند. هنگامی که خلاء با ترکیب چند لایه فویل آلومینیومی و کاغذ شیشه‌ای ترکیب شود، انتقال حرارت تقریباً به طور کامل مسدود می‌شود.
کاربردهای نیتروژن مایع
در حال حاضر از این مایع در خنک‌سازی مواد و صنایع غذایی به شکل بیولوژیکی، اقدامات پزشکی و درمانی، فرآیند شرینک فیت قطعات خودرو و همچنین آزمایشات و تحقیقات علمی و پژوهشی استفاده می‌شود.
ازت به سبب داشتن دمای بسیار پایین و چگالی مناسب، گازی همه کاره است که در صنایع مختلفی مورد استفاده قرار می‌گیرد. در اینجا ۵ نمونه از مهمترین کاربردهای نیتروژن مایع در صنایع را ملاحظه می‌کنید:
فریزر نیتروژن مایع برای محصولات غذایی:
فریزر‌های برودتی ضنعتی همچون فریزر‌های تونلی یا مارپیچ(اسپیرال) هر دو ازتجهیزات انجماد مواد غذایی صنعتی هستند که از نیتروژن مایع برای خنک کردن و انجماد سریع مواد غذایی استفاده می‌کنند.
سینی خنک‌کننده:
در تولید مواد غذایی و فرآیندهای صنعتی، از سینی خنک‌کننده پر از نیتروژن مایع برای خنک کردن سریع مواد یا تجهیزات با غوطه ور کردن محصول در نیتروژن استفاده می‌شود.
ایستگاه‌های پر کردن:
ایستگاه‌های سوخت در آزمایشگاه‌های پزشکی و تحقیقاتی برای برداشت آسان و کنترل شده مقادیر کمی نیتروژن مایع از مخازن ذخیره‌سازی بزرگ بسیار مهم هستند.
کرایوسونا:
در صنعت سلامتی و ورزش از کرایوسونا با بخار نیتروژن مایع برای سرما درمانی استفاده می‌شود.
محفظه آزمایش:
محفظه‌های آزمایش نیتروژن مایع در فناوری و علوم مواد برای آزمایش عملکرد و دوام مواد و دستگاه‌ها در دما‌های بسیار پایین استفاده می‌شود.
پنج کاربرد برودتی فوق تنها نمونه کوچکی از کاربردهای وسیع نیتروژن مایع هستند. اگردر یک برنامه کاربردی به سرمای شدید(برودت) نیاز دارید، نیتروژن مایع متناسب با نیاز شما پتانسیل لازم را دارد.
جدول کاربردهای نیتروژن مایع در صنایع مختلف
| صنعت | موارد استفاده از نیتروژن مایع |
| صنایع غذایی و نوشیدنی | انجماد و سرد کردن، خنک‌کننده آرد و خمیر، مخلوط کردن گوشت، بسته‌بندی اتمسفر اصلاح شده |
| صنایع شیمیایی | اینرسی، حذف و بازیابی نیتروژن، خنک‌کننده راکتور |
| بهداشت و درمان | آزمایشگاه پزشکی، کرایوتراپی کم‌تهاجم، حمل‌ونقل بافت و حفظ پلاکت خون |
| داروسازی و بیوتکنولوژی | خنک‌کننده راکتور، لیوفیلیزاسیون |
| نفت و گاز | استفاده در فرآیندهای خنک‌کننده و انتقال گاز |
| ساخت شیشه و فلز | خنک‌کاری در فرآیندهای تولید، کاهش تنش‌های حرارتی |
| لاستیک و پلاستیک | خنک‌سازی در تولید، بهبود کیفیت محصولات |
| صنایع الکترونیکی | خنک‌کردن در تولید تراشه‌ها و قطعات الکترونیکی |
| کود کشاورزی | استفاده در فرآیندهای تولید کودهای نیتروژن‌دار |
ایمنی در مراکز تولید کننده نیتروژن مایع
مانند هر ماده برودتی دیگر، نیتروژن مایع نیز با خطراتی همچون موارد زیر همراه است:
- انفجارنیتروژن مایع: ازت مایع پس از تبخیر به شکل قابل توجهی منبسط می‌شود که می‌تواند منجر به افزایش شدید فشار و خطر انفجار در فضا‌های بسته گردد.
- خفگی: گاز نیتروژن بی‌بو است و می‌تواند اکسیژن را جابجا کند و در فضا‌هایی که تهویه ضعیفی دارند خطر خفگی وجود دارد
- سوختگی: تماس مستقیم با نیتروژن مایع می‌تواند موجی سوختگی شدید شود.
- آتش‌سوزی: به دلیل سطح بسیار سرد لوله‌های انتقال با عایق ضعیف، اکسیژن مایع می‌تواند خود به خود تشکیل شود. این می‌تواند خطر آتش‌سوزی را افزایش دهد.
- خطا‌ها: اشتباهات حتی جزئی می‌توانند به هنگام کار با مواد خطرناک برای افراد عواقب شدیدی به همراه داشته باشند.