Trong lĩnh vực sản xuất khí công nghiệp, nitơ lỏng đã trở thành một phương tiện không thể thiếu và quan trọng cho các đặc tính nhiệt độ - thấp độc đáo của nó. Là phương pháp sản xuất nitơ lỏng chính, công nghệ làm mát sâu có thể tạo ra nitơ chất lỏng tinh khiết cao -, từ quan điểm của sản xuất lý thuyết và thực tế, gần như không thể đạt được độ tinh khiết nitơ 100% tuyệt đối được tạo ra bởi chất lạnh.
Các yếu tố quan trọng
Độ tinh khiết nitơ lỏng được tạo ra bởi chất lạnh, được phân tách dựa trên sự khác biệt đáng kể về các điểm sôi của từng thành phần trong không khí. Không khí trước tiên được nén và nâng áp lực, sau đó được đưa vào thiết bị làm mát để hạ nhiệt, sau đó đi vào thiết bị cốt lõi của tháp chưng cất. Trong tháp chưng cất, điểm sôi của nitơ là khoảng - 196, tương đối thấp. Đây là lần đầu tiên hóa lỏng và tách biệt với khí hỗn hợp trong quá trình làm mát dần dần. Bằng cách thiết kế cẩn thận cấu trúc bên trong của tháp chưng cất, chẳng hạn như số lượng tấm tháp, khoảng cách, loại phụ và phương pháp làm đầy, và điều chỉnh chính xác các điều kiện vận hành như nhiệt độ, áp suất, lưu lượng khí, v.v., độ tinh khiết của nitơ lỏng có thể được cải thiện hiệu quả. Trong các thiết bị phân tách không khí lạnh sâu hiện đại, sau nhiều quá trình chưng cất phức tạp và mịn, độ tinh khiết của nitơ lỏng thường có thể đạt hơn 99,999%, đây là tiêu chuẩn độ tinh khiết 5N thường được đề cập trong ngành.
Hiển thị dữ liệu liên quan
Trong một doanh nghiệp sản xuất khí chuyên nghiệp lớn, khi các thiết bị tách không khí lạnh của nó hoạt động ổn định, nó được thử nghiệm bằng các dụng cụ phát hiện chính xác- cao để tạo ra nitơ lỏng với độ tinh khiết lên tới 99,995%, đáp ứng hiệu quả nhu cầu của ngành công nghiệp rất cao. Ví dụ, sản xuất chip điện tử, cao - nitơ chất lỏng tinh khiết được sử dụng để làm mát và bảo vệ trong quá trình sản xuất chip, có thể đảm bảo hiệu suất chip ổn định.
Tuy nhiên, ngay cả khi công nghệ hiện tại có thể đạt được độ tinh khiết cao như vậy, nó vẫn nằm ngoài tầm với độ tinh khiết tuyệt đối 100%. Trong sản xuất thực tế, nhiều yếu tố hạn chế sự cải thiện hơn nữa của độ tinh khiết nitơ lỏng.
Sự phức tạp của nguyên liệu thô
Trước hết, không khí nguyên liệu thô không hoàn toàn tinh khiết và có các thành phần phức tạp. Ngoài nitơ và oxy chính, nó còn chứa argon, carbon dioxide, hơi nước và các loại khí tạp chất vi lượng khác. Mặc dù trước khi không khí xâm nhập vào hệ thống lạnh, nó sẽ trải qua một quá trình tiền xử lý nghiêm ngặt như chặn các hạt rắn trong các bộ lọc hiệu quả, làm giảm hàm lượng hơi nước trong thiết bị sấy và cố gắng loại bỏ hầu hết các tạp chất, cho dù quá trình xử lý trước đó vẫn còn. Ví dụ, hàm lượng hơi nước trong không khí có thể giảm xuống nhiệt độ điểm sương dưới -65 độ sau khi tiền xử lý. Mặc dù vậy, trong môi trường cực đoan đông lạnh, một lượng hơi nước rất nhỏ vẫn có thể ngưng tụ, có tác động không đáng kể đến độ tinh khiết của nitơ lỏng. Trong ngành công nghiệp đóng băng thực phẩm, nếu các tạp chất hơi nước trong nitơ lỏng vượt quá tiêu chuẩn, nó có thể dẫn đến các tinh thể băng trong thực phẩm trong quá trình đông lạnh, ảnh hưởng đến hương vị và chất lượng của thực phẩm.
Thứ hai, hiệu suất và trạng thái của chính thiết bị không hoàn hảo. Các tấm tháp hoặc chất độn trong tháp chưng cất phải chịu sự xói mòn, ăn mòn và tác dụng vật lý của các điều kiện làm việc phức tạp trong một thời gian dài, và các vấn đề hao mòn và quy mô chắc chắn sẽ xảy ra, điều này gây trở ngại nghiêm trọng cho khí - Hiệu suất niêm phong thiết bị cũng rất quan trọng đối với độ tinh khiết của nitơ lỏng. Nếu niêm phong không chặt, không khí bên ngoài sẽ dễ dàng xâm nhập vào hệ thống, đưa ra các tạp chất như oxy, hơi nước, bụi, v.v. để giảm độ tinh khiết của nitơ lỏng. Thống kê liên quan cho thấy rằng khi con dấu thiết bị bị rò rỉ một chút, độ tinh khiết của nitơ lỏng có thể giảm từ 99,999% xuống còn khoảng 99,995% trong một khoảng thời gian ngắn, có tác động đáng kể đến chất lượng sản xuất. Lấy ngành bảo quản y tế làm ví dụ, thấp - nitơ chất lỏng tinh khiết có thể ảnh hưởng đến hiệu ứng bảo quản của các mẫu sinh học, dẫn đến giảm hoạt động mẫu hoặc thậm chí là thiệt hại.
Xem xét từ góc độ vật lý
Từ góc độ lý thuyết, dựa trên nguyên tắc nhiệt động lực học, có những giới hạn vốn có trong phân tách vật chất. Ngay cả khi vô hạn Multi - Phép chắt lọc giai đoạn được sử dụng trong điều kiện lý tưởng để loại bỏ hoàn toàn tất cả các tạp chất khỏi nitơ lỏng để đạt được độ tinh khiết 100%, hoạt động thực tế phải đối mặt với nhiều chướng ngại vật không thể vượt qua. Khi giai đoạn chưng cất tăng, độ phức tạp, tiêu thụ chi phí và năng lượng của thiết bị tăng theo cấp số nhân và các yếu tố như tương tác liên phân tử và chuyển động nhiệt ở cấp độ vi mô khiến cho việc phân tách các tạp chất hoàn toàn khó khăn.
Nitơ lỏng được sản xuất bởi chất lạnh có thể đạt được độ tinh khiết cực kỳ cao với công nghệ tiên tiến và đáp ứng nhu cầu nghiêm ngặt của hầu hết các ngành công nghiệp. Tuy nhiên, do các hạn chế toàn diện của các yếu tố khác nhau như dư lượng tạp chất không khí nguyên liệu, tổn thất vận hành thiết bị và giới hạn lý thuyết nhiệt động, gần như không thể nitơ lỏng đạt đến độ tinh khiết 100%. Tuy nhiên, với sự tiến bộ liên tục của công nghệ, việc nghiên cứu và phát triển các vật liệu hấp phụ mới, việc cải thiện các quy trình sản xuất thiết bị và nâng cấp công nghệ kiểm soát tự động hóa dự kiến sẽ cải thiện hơn nữa độ tinh khiết của nitơ lỏng, cung cấp các sản phẩm nitơ lỏng tốt hơn cho sự phát triển của các ngành công nghiệp khác nhau và thúc đẩy các ngành công nghiệp liên quan đến mức cao hơn.
