نیتروژن ساز یا سیستم تولید گاز نیتروژن، دستگاهی جهت جداسازی گاز نیروژن از هوا با خلوص بیش از 99 درصد بکمک مواد جاذب می باشد. کاربردهای وسیعی دستگاه نیتروژن ساز مخصوصا در معیار صنعتی امروزه تقاضای خرید این دستگاه را بسیار بالا برده است.
گاز نیتروژن برای چندین دهه در تجزیه و تحلیل آزمایشگاهی مورد استفاده قرار گرفته است. در گذشته، آزمایشگاه‌ها موظف بودند گاز نیتروژن خود را در سیلندر یا در بطری هایی از نزدیک ترین کارخانه نیتروژن ساز تحویل گیرند، که برای برخی از آزمایشگاه‌ها ممکن بود تا چند روز این کار به طول بیانجامد. این سیلندرها یا بطری های حاوی گاز نیتروژن در یک ابزار LC-MS (کروماتوگرافی مایع-طیف‌سنج جرمی) یا شاید یک آشکارساز در مورد GC (کروماتوگرافی گازی) استفاده می شد که به آزمایشگاه اجازه می داد آنالیز خود را انجام دهد.
کاربرد نیتروژن سازها در آزمایشگاه
امروزه نیتروژن ساز ها به صورت گسترده مورد استفاده قرار می گیرند و دیگر مشکلات سیلندرهای نیتروژن در آزماشگاه ها مرتفع شده است. یک نیتروژن ساز نه تنها دردسر تعویض سیلندرها را از بین می برد، بلکه عرضه بی وقفه گاز را با خلوص ثابت فراهم می کند. این سازگاری با استفاده از یکی از دو فناوری، یعنی جذب نوسان فشار (PSA) و ژنراتورهای نیتروژن غشایی ایجاد می‌شود.
انواع نیتروژن ساز
نیتروژن ساز غشایی
اصول کارکرد نیتروژن ساز غشایی به این صورت است که هوای اتمسفر توسط یک کمپرسور هوا فشرده می شود و از یک غشای فیبری توخالی عبور می کند و قسمت هایی از هوا (عمدتاً اکسیژن) را فیلتر می کند که گاز نیتروژن با خلوص بالا باقی می ماند.
سیستم های پیشرفته تر تولید نیتروژن می توانند شامل مراحل متعدد فیلتراسیون قبل از رسیدن به غشاء باشند، این امر باعث حذف بیشتر ذرات دیگر در گاز مانند گرد و غبار و رطوبت می شود. فیلترهای توری ریز معمولاً در فرآیند تولید نیتروژن استفاده می شوند، این فیلترها برای حذف ذرات موجود در هوا هستند در حالی که خشک کن های هوا برای حذف رطوبت استفاده می شوند. علاوه بر تضمین خلوص بالاتر نیتروژن، این مراحل فیلتراسیون اضافی از غشا نیز محافظت می کنند.
مولدهای نیتروژن غشایی چگونه کار می کنند
هوای جو اساساً حاوی 78 درصد نیتروژن و 21 درصد اکسیژن است. هوای فشرده خشک معمولی فیلتر می شود و از یک غشای فیبری توخالی عبور می کند که باعث می شود نیتروژن از هوای ورودی جدا شود. بخار آب و اکسیژن به سرعت به طور ایمن به جو نفوذ می کند، در حالی که گاز نیتروژن تحت فشار به سیستم توزیع تخلیه می شود. فشار، سرعت جریان و اندازه غشا متغیرهای اصلی هستند که بر تولید نیتروژن تأثیر می‌گذارند. خلوص نیتروژن با توجه سزعت جریان گاز می تواند متغیر باشد. در فشار و اندازه غشاء معین، افزایش جریان نیتروژن اجازه می دهد تا اکسیژن بیشتری در جریان گاز باقی بماند و خلوص نیتروژن کاهش یابد. برعکس، کاهش جریان نیتروژن باعث افزایش خلوص می شود. برای خلوص خاص، فشار هوای بالاتر به غشاء سرعت جریان نیتروژن بالاتری را به همراه دارد. با ترکیب بسته‌های چندگانه غشایی، تعداد بی‌نهایت محدوده جریان/خلوص برای برآوردن هر کاربردی که به گاز نیتروژن نیاز دارد، امکان پذیر است.
شاید علاقمند باشید در مورد دستگاه اکسیژن ساز هم اطلاعات کسب کنید.
مطالب پیشنهادی : دستگاه تصفیه هوا
نیتروژن ساز PSA (جذب نوسان فشار)
یک نیتروژن ساز PSA (Pressure Swing Adsorption) از نظر فشرده سازی هوای اتمسفر با کمپرسور هوا به روشی مشابه نیتروژن ساز غشایی عمل می کند. یک مولد نیتروژن PSA به جای عبور از یک غشاء، هوا را از ستونی از مواد فشرده ساخته شده از کربن به نام غربال مولکولی کربن (CMS) عبور می دهد. CMS فقط به مولکول های نیتروژن کوچکتر اجازه عبور می دهد در حالی که مولکول های بزرگتر اکسیژن و سایر مولکول ها توسط CMS جذب می شوند و از نیتروژن با خلوص بالا جدا می شوند. دو ستون CMS برای یک مولد نیتروژن PSA مورد نیاز است، زیرا یکی از ستون ها خلع ید شده است و دیگری هوا را با فشار از غربال عبور می دهد، به همین دلیل به آن جذب نوسان فشار می گویند.
مشابه با نیتروژن ساز غشایی، یک ژنراتور نیتروژن پیشرفته PSA نیز دارای مراحل پیش فیلتراسیون برای حذف ذرات گرد و غبار و رطوبت از هوا قبل از ورود به CMS است.
مولدهای نیتروژن PSA چگونه کار می کنند
نیتروژن سازهای CGT PSA بر اساس اصل جذب نوسان فشار (PSA) برای تولید جریان پیوسته گاز نیتروژن از هوای فشرده کار می کنند. دو برج با غربال مولکولی کربن (CMS) پر شده است. هوای فشرده ی از پیش تصفیه شده وارد پایین برج برخط می شود و از طریق CMS دنبال می شود. اکسیژن و سایر گازهای کمیاب ترجیحاً توسط CMS جذب می شوند و به نیتروژن اجازه عبور می دهند. پس از یک زمان از پیش تعیین شده، برج برخط به طور خودکار به حالت احیا کننده تغییر می کند و آلاینده ها را از CMS خارج می کند. غربال مولکولی کربن با کربن های فعال معمولی متفاوت است زیرا دارای محدوده بسیار کوچک تری از منافذ است. این کار اجازه می دهد تا مولکول های کوچک مانند اکسیژن به منافذ نفوذ کنند و از مولکول های نیتروژن که برای ورود به CMS بسیار بزرگ هستند جدا شوند. مولکول های بزرگتر نیتروژن CMS را دور زده و به محصول نهایی جمع آوری می شوند.
مزایای نیتروژن سازها نسبت به سیلندرهای گاز نیتروژن
برای اکثر طیف سنج‌های جرمی، حجم بالایی از گاز نیتروژن مورد نیاز است، به این معنی که سیلندرهای نیتروژن می توانند در عرض چند روز، هنگام استفاده از ابزار LC-MS مصرف شوند. این امر می تواند منجر به وقفه های منظم در تجزیه و تحلیل و مشکلات ناشی از تعویض سیلندر یا در انتظار ماندن برای تحویل نیتروژن شود. همچنین خلوص گاز نیتروژن موجود در سیلندرها مخصوصا هنگامی که به انتهای ظرفیت خود می رسند دچار تغییر می شود. این مساله به این دلیل است که آلاینده ها می توانند وارد فضای خالی سیلندر شوند. این ناخالصی ها می توانند بر یکپارچگی آنالیز تأثیر بگذارند زیرا می توانند با نمونه واکنش دهند.
این ناهماهنگی ها و مشکلات توسط یک مولد گاز نیتروژن از بین می رود، به همین دلیل است که آزمایشگاه های بیشتری برای تامین گاز نیتروژن مورد نیاز خود به ژنراتورهای نیتروژن روی می آورند. یک نیتروژن ساز مخصوصاً برای کاربردهای حساس وقتی که زمانی برای توقف آنالیز در حین تعویض سیلندرهای گاز وجود ندارد، مناسب است.
تولید گاز نیتروژن در محل نیز راه حل ایمن تری نسبت به استفاده از سیلندر است زیرا کارکنان نیازی به جابجایی سیلندرهای سنگین در آزمایشگاه ندارند. از لحاظ هزینه ای نیز استفاده از نیتروژن ساز از مزایایی برخوردار است زیرا تولید نیتروژن در محل بار اداری سفارش سیلندرها (افزایش سفارش های خرید و زمان بندی تحویل) و پرداخت هزینه های حمل و نقل را کاهش می دهد. علاوه بر این، قیمت گازی که به صورت سیلندر تحویل داده می شود می تواند ماه به ماه در نوسان باشد، زیرا قیمت گاز نیتروژن در بازار منوط به نوسانات عرضه و تقاضا است. همچنین لازم است مزایای زیست محیطی حذف مستمر گاز را نیز در نظر گرفت. تولید خود گاز نیز باید در نظر گرفته شود زیرا تولید گاز در یک کارخانه نیتروژن به مقادیر زیادی انرژی نیاز دارد.
مزایای استفاده از نیتروژن ساز
بر اساس آخرین فناوری غشایی، نیتروژن ساز های شرکت ازن ژنراتور جمع و جور و بی صدا هستند. در ادامه برخی از مزایای اصلی ذکر شده است:
- ژنراتورهای نیتروژن فوق العاده کم صدا هستند
- این ژنراتورها تا 99.85 درصد خلوص را ارائه می دهند.
- نیتروژن سازها می توانند صرفه جویی قابل توجهی برای شرکت هایی که به نیتروژن نیاز دارند ایجاد کنند
- فناوری مولد نیتروژن قابل اعتماد و ایمن است
عوامل موثر بر خلوص نیتروژن در مولد گاز نیتروژن
خلوص نیتروژن، سرعت جریان گاز و دما و فشار هوای ورودی همگی بر عملکرد ژنراتور نیتروژن تأثیر می گذارند. با تغییر این متغیرها، می توانید گاز نیتروژن را با خلوص و جریان مناسب برای کاربردهای مورد نظر خود تولید کنید.
خلوص نیتروژن را می توان با تنظیم فشار و دمای هوای ورودی (حداکثر تا 99.5٪) تنظیم کرد. در بیشتر موارد، بیشترین بازده سیستم در خلوص 95-99 درصد است.
نرخ و فشار جریان: نرخ جریان گاز نیتروژن غنی شده تابعی از خلوص مورد نیاز است. هر چه خلوص نیتروژن مورد نیاز بیشتر باشد، با فرض ثابت بودن دما و فشار هوای ورودی، دبی گاز تولید شده کمتر می شود. برای تولید گاز نیتروژن با خلوص بالاتر، اکسیژن بیشتری باید در غشا نفوذ کند. شما با افزایش اختلاف فشار در سراسر غشاء، نفوذ اکسیژن را افزایش می دهید. این گاز بیشتر، از جمله مقدار بیشتری از اکسیژن کل هوای خوراک را از طریق غشاء منتقل می کند. با نفوذ اکسیژن بیشتر به غشا، سطح اکسیژن در گاز محصول نیتروژن کاهش یافته و خلوص آن بهبود می یابد.
دما: دمای هوای ورودی نیز بر عملکرد نیتروژن ساز تأثیر می گذارد. هر چه دمای هوای ورودی بالاتر باشد، با فرض ثابت بودن فشار هوا و خلوص نیتروژن، سرعت جریان هوای ورودی مورد نیاز بیشتر است. با افزایش دمای هوای ورودی، نفوذپذیری غشاء افزایش می یابد که به افزایش سرعت جریان هوای ورودی برای حفظ جریان محصول نهایی نیاز دارد. با این حال، دمای هوای ورودی نیز بر مواد غشایی تأثیر می گذارد. دمای هوای ورودی بالا عمر غشاء را کوتاه می کند. هنگامی که دمای هوای ورودی افزایش می یابد، جریان هوای ورودی مورد نیاز به سرعت افزایش می یابد. بنابراین، سیستم باید طوری طراحی شود که نرخ جریان هوای ورودی مورد نیاز را با حداکثر دمای هوای ورودی پیش بینی شده هماهنگ کند، یا باید از یک تهویه مطبوع برای کنترل دمای هوای ورودی استفاده شود.
رطوبت: نقطه شبنم دمایی است که مخلوط معینی از بخار آب و گاز در آن اشباع می شود. نقطه شبنم و آلاینده های گاز محصول غنی شده با نیتروژن به سطح آب و کیفیت هوای خوراک بستگی دارد. هوای ورودی اشباع که در محدوده خلوص 95-99.5 درصد نیتروژن کار می کند، بسته به شرایط هوای ورودی، گاز نهایی تولید شده حاوی کمتر از 5 ppm آب است. معادل نقطه شبنم اتمسفر 65- درجه سانتیگراد (85- درجه فارنهایت) است. سطح آب در گاز ورودی به دما و فشار بستگی دارد. بنابراین، اگر فشار هوای ورودی کاهش یابد، ممکن است نقطه شبنم محصول نهایی افزایش یابد. اگر دما افزایش یابد، نقطه شبنم هوای ورودی افزایش می یابد و نقطه شبنم جریان محصول افزایش می یابد. تغییرات در نقطه شبنم با استفاده از خشک کن هوای سرد برای تهویه هوای ورودی به حداقل می رسد.
CO2: دی اکسید کربن موجود در جریان محصول نهایی معمولاً کمتر از 0.01٪ است که در 99٪ نیتروژن، 135 psig و 25 درجه سانتیگراد بر اساس هوای ورودی حاوی 0.03٪ دی اکسید کربن است.
پارامترهای تاثیر گذار در قیمت نیتروژن ساز
مخازن ذخیره نیتروژن: اندازه مخازن بسته به کاربرد مورد نیاز شما متفاوت خواهد بود. کاربردهایی که نیاز به جریان ثابتی از گاز نیتروژن دارند معمولاً به یک مخزن ذخیره بزرگ نیاز ندارند. از طرف دیگر مشتریانی که به جریان ثابت گاز نیتروژن نیاز ندارند نیاز دارند تا نیتروژن تولید شده را در مخزنی ذخیره کنند تا تقاضای زیادی را در مدت کوتاهی برآورده کنند.
آنالیز کننده های اکسیژن: برخی از کاربردها بسیار حیاتی هستند و سطح اکسیژن باید به طور منظم نظارت شود.
فشار بالا: مشتریانی که به نیتروژن با فشار بالا (معمولاً بالای 200 psig) نیاز دارند، برای افزایش فشار نیتروژن به تقویت کننده نیتروژن نیاز دارند.
کمپرسورهای هوای ورودی: در برخی موارد که فشار هوا پایین تر از میزان مورد نیاز است و یا به هوای فشرده دسترسی نداشته باشیم در این صورت به یک کمپرسور هوای اختصاصی نیاز است.
خشک کن های هوای فشرده: تقریباً همه مولدهای نیتروژن (غشایی و PSA) به هوای فشرده خشک نیاز دارند. اگر کیفیت هوای ورودی مولد نیتروژن کافی نباشد، ممکن است نیاز باشد که یک خشک کن هوای اختصاصی جلوتر از مولد نیتروژن نصب شود.
نقد و بررسی‌ها
هنوز بررسی‌ای ثبت نشده است.