Máquina de preparação de nitrogênio líquido de laboratório

I. Princípio de funcionamento

Máquina de preparação de nitrogênio líquido de laboratórioO fluxo de trabalho básico inclui cinco fases de compressão de ar, purificação de ar, resfriamento, separação e licuação:

Compressão de ar: o ar ambiente é inalado primeiro no compressor de ar e, após a compressão em vários estágios, aumenta a pressão (geralmente de 5 a 10 bar) para fornecer a base de energia para o tratamento posterior.

Purificação do ar: o ar comprimido contém impurezas como umidade, óleo, dióxido de carbono e poeira e precisa ser purificado em profundidade por meio de filtros multiestágio (como pré-filtro, filtro de carvão ativo, peneira molecular, etc.) para evitar o congelamento de impurezas a baixa temperatura.

Refrigeração e troca de calor: o ar de alta pressão purificado entra no trocador de calor, troca de calor com o nitrogênio de baixa temperatura de refluxo, gradualmente resfriado até a temperatura de liquificação próxima (cerca de -196 ° C).

Separação do ar: Utilizando as propriedades diferentes do ponto de ebulição de vários componentes do ar (principalmente 78% de nitrogênio, 21% de oxigênio e aproximadamente 1% de argônio), a separação é realizada na torre de destilação de baixa temperatura. O ponto de ebulição do nitrogênio (-195,8 °C) é menor do que o oxigênio (-183 °C), portanto, durante o processo de destilação, o nitrogênio é evaporado e enriquecido no topo da torre, enquanto o oxigênio é enriquecido no fundo da torre.

Liquidação e armazenamento: o nitrogênio de alta pureza separado é ainda mais resfriado e liquefeito e armazenado em tanques ou tanques de armazenamento a baixa temperatura para uso do usuário.

Todo o processo é geralmente baseado em teorias de ciclos de refrigeração a baixa temperatura, como o ciclo de Linde ou o ciclo de Claude, e alguns modelos também combinam a tecnologia de expansores para melhorar a eficiência energética.

II. Tipos principais

Dependendo da capacidade, estrutura e cenário de aplicação, a máquina de preparação de nitrogênio líquido pode ser dividida em as seguintes categorias:

Tipo de laboratório pequeno: geralmente entre 10 e 100 litros por dia, o volume compacto é adequado para uso em universidades, institutos ou pequenas instituições médicas e pode ser colocado diretamente no laboratório.

Tipo industrial médio: produção diária de 100 a 1000 litros, adequado para pequenas e médias fábricas de processamento de alimentos, fábricas de eletrônica ou bibliotecas de amostras biológicas, muitas vezes equipadas com sistemas de controle automático e funções de monitoramento remoto.

Grandes modelos de abastecimento centralizado de gás: produção diária de milhares ou até dezenas de milhares de litros, principalmente em grandes fábricas químicas, empresas siderúrgicas ou centros de distribuição de nitrogênio líquido, geralmente com unidades de separação de ar (ASU) integradas para operação contínua e estável.

Além disso, por meio de refrigeração pode ser dividido em:

Tipo de expansão de redução de fluxo: estrutura simples, baixo custo, mas baixa eficiência;

Máquina de expansão transparente: uso de expansão de gás para refrigeração, alta eficiência, adequado para equipamentos grandes e médios.

III. Tecnologias-chave

Tecnologia de adsorção de tela molecular de alta eficiência: para a remoção profunda de vapor de água e dióxido de carbono, garantindo que o sistema não congele em baixas temperaturas.

Projeto de torre de destilação a baixa temperatura: utilização de preenchimento regular ou placa de torre de alta eficiência para melhorar a eficiência de separação e a pureza do produto (geralmente até 99,999% ou mais).

Sistema de controle inteligente: sistema PLC ou DCS integrado para arranque e parada totalmente automáticos, diagnóstico de falhas, otimização do consumo de energia e manutenção remota.

Tecnologia de isolamento térmico e refrigeração: Minimize a perda de evaporação de nitrogênio líquido usando isolamento térmico a vácuo de múltiplas camadas (MLI) ou preenchimento de areia perlada.

Algoritmo de otimização de economia de energia: reduz o consumo de energia por unidade de nitrogênio líquido através do controle de variação de frequência, regulamento de carga e recuperação de resfriamento.

IV. Aplicações

Áreas médicas e biológicas: para a conservação congelada de células, tecidos e vacinas; A congelação durante a cirurgia também depende do nitrogênio líquido.

Indústria alimentar: alimentos congelados (por exemplo, mariscos, carnes, frutas e vegetais), especiarias congeladas, substituição de gás inerte em embalagens alimentares, etc. exigem grandes quantidades de nitrogênio líquido.

Fabricação de eletrônica e semicondutores: no processo de fabricação de chips, embalagem de LEDs, etc., o nitrogênio líquido fornece ambientes ultra-baixos ou como atmosfera protetora.

Pesquisa científica e educação: experimentos de supercondutividade, pesquisa física de baixas temperaturas, testes de materiais, etc. O nitrogênio líquido não pode ser separado como meio de resfriamento.

Manutenção industrial: para montagem de refrigeração de tubos, tratamento a frio de peças metálicas para melhorar a dureza e bloqueio de vazamento de emergência.