Phòng thí nghiệm Nitơ lỏng chuẩn bị máy

I. Nguyên tắc làm việc

Phòng thí nghiệm Nitơ lỏng chuẩn bị máyQuy trình làm việc cơ bản bao gồm năm giai đoạn nén khí, lọc không khí, làm mát, tách và hóa lỏng:

Nén khí: Không khí xung quanh được hút vào máy nén khí đầu tiên và áp suất được tăng lên (thường là 5-10bar) bằng cách nén nhiều giai đoạn để cung cấp cơ sở năng lượng cho việc xử lý tiếp theo.

Làm sạch không khí: Không khí nén chứa độ ẩm, dầu, carbon dioxide và bụi và các tạp chất khác, cần phải lọc sâu bằng bộ lọc đa giai đoạn (như bộ lọc trước, bộ lọc than hoạt tính, sàng phân tử, v.v.) để ngăn chặn các tạp chất đóng băng và tắc nghẽn hệ thống ở nhiệt độ thấp.

Làm mát và trao đổi nhiệt: Không khí áp suất cao được làm sạch đi vào bộ trao đổi nhiệt, trao đổi nhiệt với nitơ nhiệt độ thấp quay trở lại, làm mát dần đến nhiệt độ gần hóa lỏng (khoảng -196 ° C).

Tách không khí: Sử dụng các đặc tính khác nhau của điểm sôi của các thành phần khác nhau trong không khí (chủ yếu là nitơ 78%, oxy 21%, argon khoảng 1%) để đạt được sự tách biệt trong tháp tinh chế nhiệt độ thấp. Điểm sôi của nitơ (-195,8 ℃) thấp hơn oxy (-183 ℃), do đó nitơ được bay hơi ưu tiên trong quá trình chưng cất, làm giàu ở đỉnh tháp, trong khi oxy được làm giàu ở đáy tháp.

Hóa lỏng và lưu trữ: Nitơ có độ tinh khiết cao được tách ra được làm mát thêm và hóa lỏng, được lưu trữ trong bể chứa hoặc bể chứa nhiệt độ thấp để người dùng sử dụng.

Toàn bộ quá trình thường dựa trên lý thuyết chu trình làm lạnh nhiệt độ thấp như chu trình Linde hoặc chu trình Claude, và một số mô hình cũng kết hợp công nghệ mở rộng để tăng hiệu quả năng lượng.

II. Các loại chính

Theo công suất, cấu trúc và kịch bản ứng dụng khác nhau, máy chuẩn bị nitơ lỏng có thể được chia thành các loại sau:

Loại phòng thí nghiệm nhỏ: Sản lượng hàng ngày thường từ 10-100 lít, nhỏ gọn, phù hợp cho các trường đại học, viện nghiên cứu hoặc cơ sở y tế nhỏ và có thể được đặt trực tiếp trong phòng thí nghiệm.

Loại công nghiệp trung bình: Sản lượng hàng ngày là 100-1000 lít, phù hợp cho các nhà máy chế biến thực phẩm vừa và nhỏ, nhà máy sản xuất điện tử hoặc thư viện mẫu sinh học, thường được trang bị hệ thống điều khiển tự động và chức năng giám sát từ xa.

Loại cung cấp khí tập trung quy mô lớn: Sản lượng hàng ngày có thể lên tới hàng nghìn hoặc thậm chí hàng chục nghìn lít, chủ yếu được sử dụng trong các nhà máy hóa chất lớn, doanh nghiệp thép hoặc trung tâm phân phối nitơ lỏng, thường tích hợp thiết bị tách không khí (ASU), có khả năng hoạt động ổn định liên tục.

Ngoài ra, nó có thể được chia thành:

Loại mở rộng tiết lưu: cấu trúc đơn giản, chi phí thấp, nhưng hiệu quả thấp hơn;

Mô hình mở rộng xuyên suốt: sử dụng khí mở rộng để làm lạnh công việc, hiệu quả cao, thích hợp cho các thiết bị vừa và lớn.

III. Công nghệ chính

Công nghệ hấp phụ sàng phân tử hiệu quả cao: được sử dụng để loại bỏ sâu hơi nước và carbon dioxide, đảm bảo hệ thống không bị đóng băng và tắc nghẽn ở nhiệt độ thấp.

Thiết kế tháp chưng cất nhiệt độ thấp: sử dụng chất độn hợp lý hoặc tấm tháp hiệu quả cao để cải thiện hiệu quả tách và độ tinh khiết của sản phẩm (thường có thể đạt trên 99,999%).

Hệ thống điều khiển thông minh: Tích hợp hệ thống PLC hoặc DCS để đạt được khởi động và dừng hoàn toàn tự động, chẩn đoán sự cố, tối ưu hóa tiêu thụ năng lượng và vận hành từ xa.

Công nghệ cách nhiệt và giữ lạnh: Sử dụng phương pháp cách nhiệt đa lớp chân không (MLI) hoặc lấp đầy cát pearlescent để giảm thiểu tổn thất bay hơi nitơ lỏng.

Thuật toán tối ưu hóa tiết kiệm năng lượng: giảm tiêu thụ năng lượng nitơ lỏng đơn vị bằng các phương tiện như điều khiển tần số biến tần, điều chỉnh tải và thu hồi dư làm mát.

IV. Cảnh ứng dụng

Lĩnh vực y tế và sinh học: bảo quản lạnh các tế bào, mô và vắc-xin; Liệu pháp đông lạnh trong phẫu thuật cũng phụ thuộc vào nitơ lỏng.

Ngành công nghiệp thực phẩm: thực phẩm đông lạnh nhanh (như hải sản, thịt, trái cây và rau quả), gia vị nghiền đông lạnh, thay thế khí trơ cho bao bì thực phẩm, v.v., tất cả đều cần một lượng lớn nitơ lỏng.

Sản xuất điện tử và chất bán dẫn: Trong quá trình sản xuất chip, bao bì LED, nitơ lỏng cung cấp môi trường nhiệt độ cực thấp hoặc như một bầu không khí bảo vệ.

Nghiên cứu khoa học và giáo dục: thí nghiệm siêu dẫn, nghiên cứu vật lý nhiệt độ thấp, thử nghiệm vật liệu và như vậy không thể làm mà không có nitơ lỏng làm môi trường làm mát.

Bảo trì công nghiệp: Đối với lắp ráp co lạnh đường ống, xử lý lạnh các bộ phận kim loại để cải thiện độ cứng, cũng như chặn rò rỉ khẩn cấp, v.v.