Sistema de produção de nitrogênio líquido

O sistema de produção de preparação de nitrogênio líquido é um dispositivo de engenharia de baixa temperatura integrado baseado em tecnologia de separação de ar para extrair, purificar e liqueficar nitrogênio atmosférico em nitrogênio líquido.

　　Sistema de produção de nitrogênio líquidoÉ um dispositivo integrado de engenharia de baixa temperatura baseado em tecnologia de separação de ar para extrair, purificar e liqueficar o nitrogênio atmosférico em nitrogênio líquido. Como infraestrutura para a indústria moderna, a pesquisa científica, a saúde e o processamento de alimentos, os sistemas de preparação de nitrogênio líquido não só garantem um fornecimento estável de nitrogênio líquido de alta pureza, mas também reduzem significativamente os custos, a segurança e os riscos da cadeia de suprimentos resultantes da dependência tradicional de compras e transporte externos.

Composição básica do sistema

Um sistema completo de preparação de nitrogênio líquido é geralmente composto pelos seguintes módulos principais:

Unidade de compressão de ar: Compressores de parafuso/pistão sem óleo ou micro-óleo pressionam o ar ambiente até 5-10 bar para fornecer a base de energia para a separação posterior. O design sem óleo evita a poluição por vapor de óleo e garante a pureza do produto final.

Unidade de purificação de ar: incluindo filtros multiestágio (remoção de água, remoção de óleo, remoção de poeira), secador de congelamento e adsoredor de tela molecular de duas torres para remoção profunda de umidade, dióxido de carbono, hidrocarbonetos e outras impurezas para evitar que congelem os tubos bloqueados em seções de baixa temperatura.

Unidades de troca de calor e recuperação de frio: os trocadores de calor principais, como os de asa de placa ou tubo enrolado, permitem uma troca de calor eficiente entre ar de alta pressão e nitrogênio de baixa temperatura de retorno, reduzindo significativamente o consumo de energia e recuperando energia fria.

Unidade de separação e liquificação a baixa temperatura (caixa fria): Torra de destilação integrada, válvula de redução ou máquina de expansão transplanante, evaporador de condensação e outros componentes para a separação de oxigênio de nitrogênio e liquificação de nitrogênio em torno de -196 ° C. Esta seção é geralmente encapsulada em um frigorífico isolado a vácuo para reduzir o vazamento de calor.

Unidade de armazenamento e transporte de nitrogênio líquido: inclui tanques a vácuo isolados a vácuo incorporados ou externos (com capacidade de dezenas de litros a vários metros cúbicos), equipados com medidores de nível, válvulas de controle de pressão e interfaces de extração de líquido para facilitar o uso do usuário conforme necessário.

Sistema de controle automático: baseado em PLC ou plataforma de computador industrial para operação totalmente automatizada, com controle de arranque e parada, monitoramento de parâmetros (pressão, temperatura, pureza, nível de líquido), diagnóstico de falhas, comunicação remota (suporte a 4G / Wi-Fi / Modbus) e outras funções.

Sistema de proteção de segurança: abrange vários mecanismos de segurança como monitoramento de concentração de oxigênio, vazamento de sobrepressão, proteção contra vazamentos, parada de emergência e outros, para garantir a estabilidade e operação segura do equipamento a longo prazo.

II. Princípio de funcionamento

　　Sistema de produção de nitrogênio líquidoO princípio central é a separação por destilação a baixa temperatura usando as diferenças de ponto de ebulição de vários componentes do ar (principalmente 78% de nitrogênio e 21% de oxigênio). Seu processo típico é o seguinte:

O ar ambiente entra no compressor após a filtração do ar de entrada e é comprimido para a pressão necessária;

Após o resfriamento, remoção de água e remoção de óleo, o ar comprimido entra na seta molecular para secagem profunda e adsorção de CO;

O ar de alta pressão purificado entra no trocador de calor principal, e o nitrogênio de baixa temperatura de refluxo é pré-refrigerado até a temperatura de liquidação próxima;

O ar pré-arrefecido é resfriado ainda mais por meio de uma máquina de expansão de fluxo redutivo ou de transplantação, o gás é parcialmente liquefeito e entra na torre de destilação;

Na torre de destilação, o nitrogênio de baixo ponto de ebulição é enriquecido para cima e o oxigênio de alto ponto de ebulição é eliminado para baixo para alcançar a separação eficiente;

O nitrogênio de alta pureza é condensado em líquido no topo da torre e flui para o tanque de armazenamento; O nitrogênio não liquefeito é emitido como gás de refluxo após a troca de calor, alcançando a recuperação de energia;

Todo o processo segue o ciclo Linde, o ciclo Claude ou seus modelos melhorados, e alguns sistemas também introduzem tecnologias de poupança de energia, como expansão em dois estágios e utilização de resfriamento posterior.

Principais tipos e tamanhos

De acordo com a capacidade, estrutura e necessidades de aplicação, o sistema de preparação de nitrogênio líquido pode ser dividido em as seguintes categorias:

Sistema pequeno (<100L/dia): adequado para laboratórios, clínicas e bibliotecas de amostras biológicas, com pequeno volume, baixo ruído e fácil operação.

Sistemas de tamanho médio (100-1000L/dia): para pequenas e médias fábricas de alimentos, fabricação de eletrônica, laboratórios centrais de hospitais, muitas vezes equipados com hidratação automática e monitoramento remoto.

Sistemas grandes (> 1.000 L/dia): Serviços para estações de distribuição de aço, química, nitrogênio líquido, etc., com unidades de separação de vazio (ASU) integradas para operação contínua por meses ou até anos.

Sistemas de montagem em palanca: todos os componentes são integrados em contêineres ou blocos de palanca padrão para facilitar o transporte, instalação e escalabilidade, adequados para projetos temporários ou implantações em áreas remotas.

Tecnologias-chave e inovações

Tecnologia de regeneração de tela molecular de alta eficiência: Adota a adsorção alternada e a regeneração de aquecimento de duas torres para garantir a capacidade de limpeza contínua e prolongar a vida útil.

Projeto otimizado do expansor transplano: melhorar a eficiência da entropia e reduzir o consumo de energia por unidade de nitrogênio líquido (* O sistema pode ser inferior a 0,6 kWh/L).

Algoritmo de controle inteligente: ajusta dinamicamente a frequência do compressor, a velocidade do expansor e a abertura da válvula com base na previsão da carga para obter eficiência energética.

Tecnologia de isolamento térmico multicamada a vácuo (MLI): aplicada em tanques frios e tanques de armazenamento, reduzindo significativamente a intrusão térmica e a perda de evaporação de nitrogênio líquido (a evaporação diária pode ser inferior a 0,5%).

Mecanismo de garantia de alta pureza: monitorar a pureza do nitrogênio em tempo real através de um analisador de oxigênio on-line para garantir a pureza do nitrogênio líquido de saída ≥ 99,999% (grau 5N).