نیتروژن یکی از گازهای کلیدی در فرآیندهای صنعتی مدرن است. این گاز بی اثر و غیرقابل اشتعال حدود ۷۸ درصد از هوای خشک را تشکیل می دهد و به دلیل ویژگی های فیزیکی و شیمیایی خاص خود، در صنایعی مانند پتروشیمی، داروسازی، فلزات و بسته بندی مواد غذایی کاربرد فراوان دارد.
در ادامه، ضمن بررسی علمی جداسازی نیتروژن از هوا، ساختار و عملکرد نیتروژن ساز PSA را بر اساس استانداردهای صنعتی و طراحی های فنی شرکت فیدار فراز فرتاک تحلیل می‌کنیم.
تعریف نیتروژن و خواص فیزیکی آن
نیتروژن گازی است بی رنگ، بی بو، با چگالی حدود ۱٫۲۵ گرم بر لیتر در شرایط استاندارد و نقطه جوش −196 C°.این گازدردمای معمولی واکنش پذیری بسیار کمی دارد و به همین دلیل در فرآیندهایی که نیاز به محیط خنثی وجود دارد استفاده می‌شود. از دیدگاه ترمودینامیکی، نیتروژن به دلیل گرمای ویژه بالا، پایداری قابل توجهی در فرآیندهای حرارتی ایجاد می‌کند.
ترکیب هوای محیط و اهمیت جداسازی گازها
هوای محیط شامل حدود ۷۸٪ نیتروژن، ۲۱٪ اکسیژن و کمتر از ۱٪ گازهای نجیب و CO₂ است. برای استفاده صنعتی از نیتروژن باید اکسیژن و رطوبت از جریان هوا حذف شوند تا گاز نیتروژن با خلوص دلخواه (از ۹۵٪ تا ۹۹٫۹۹۹٪) تولید گردد.
سه روش اصلی برای جداسازی نیتروژن از هوا وجود دارد:
جداسازی کرایوژنیک (Cryogenic):
در این روش هوا تا دماهای بسیار پایین سرد می‌شود تا اجزای آن بر اساس نقطه جوش جدا شوند. این روش برای ظرفیت‌های بسیار بالا مناسب است ولی هزینه سرمایه‌گذاری و انرژی بالایی دارد.
جداسازی غشایی (Membrane):
در این سیستم از غشاهای پلیمری استفاده می‌شود که نفوذپذیری بالاتری نسبت به اکسیژن دارند و اجازه عبور انتخابی آن را می‌دهند. مزیت این روش سادگی و حجم کم تجهیزات است، ولی خلوص نیتروژن معمولاً از ۹۸٪ بیشتر نمی‌شود.
جداسازی به روش جذب نوسانی فشار (PSA – Pressure Swing Adsorption):
در فناوری PSA ، جداسازی بر مبنای اختلاف قابلیت جذب سطحی گازها روی جاذب جامد انجام می‌شود. در فشار بالا، اکسیژن و CO₂ توسط جاذب کربن مولکولار سیو (CMS) جذب می‌شوند و نیتروژن به عنوان گاز غیرجذبی از برج خارج می‌شود.سپس با کاهش فشار، جاذب احیا شده و چرخه تکرار می‌شود.این فناوری نسبت به روش‌های دیگر، هزینه عملیاتی کمتر و قابلیت اطمینان بالاتری دارد.
ساختار و اجزای دستگاه نیتروژن ساز PSA
پکیج نیتروژن ساز صنعتی PSA فیدار فراز فرتاک از مجموعه ای از تجهیزات کاملاً مهندسی شده تشکیل شده است. هر بخش نقشی حیاتی در تولید گاز نیتروژن دارد:
۱. کمپرسور هوای فشرده
وظیفه تأمین هوای فشرده ورودی با فشار کاری معمول ۷ تا ۱۰ بار را بر عهده دارد.
نوع کمپرسور (اسکرو روغنی ، بدون روغن ، تک استیج و یا دو استیج) بر اساس حساسیت مصرف نیتروژن انتخاب می‌شود.
۲. سیستم فیلتراسیون و درایر ( Air Treatment Unit )
طبق استاندارد ISO 8573-1 CLASS 1.4.1، باید ذرات جامد، بخار روغن و رطوبت از هوای فشرده حذف شوند تا جاذب PSA آسیب نبیند. ( رطوبت به عنوان بخشی از ناخالصی در کنار اکسیژن و گاز های دیگر در نظر گرفته می شود، هر مقدار در جذب رطوبت موفق باشیم خلوص نیتروژن تضمین تر خواهد شد )
در این بخش از فیلترهای ذرات، فیلترهای کربنی و درایر جذبی یا تبریدی استفاده می‌شود.
۳. مخزن هوای فشرده ( Air Receiver )
وظیفه تثبیت فشار و جلوگیری از نوسانات جریان ورودی به برج‌های PSA را دارد.این کار باعث افزایش عمر شیر های کنترلی و پایداری چرخه جذب می شود.
۴. ستون های جذب ( PSA Towers )
دو ستون حاوی جاذب Carbon Molecular Sieve ( CMS ) هستند که از برندهای معتبر تأمین می شوند. برج ها به صورت متناوب عمل جذب و احیا را انجام می دهند و توالی سوئیچینگ شیرها توسط کنترلر PLC مدیریت می شود تا خلوص نیتروژن پایدار بماند.
۵. تانک ذخیره نیتروژن
برای تثبیت فشار خروجی و تأمین جریان پیوسته در هنگام مصرف‌های ناگهانی ( Peak Flow ) استفاده می‌شود.
۶. تابلو برق و سیستم کنترل PLC
در طراحی‌های فیدار فراز، از کنترلرهای صنعتی هوشمند استفاده می شود که فشار، دمای برج و خلوص گاز را پایش می‌کنند.این سیستم ها قابلیت اتصال به مانیتورینگ از راه دور را دارند و چرخه جذب و احیا را به صورت خودکار کنترل می کنند.
طراحی و فناوری اختصاصی فیدار فراز فرتاک
در طراحی برج های PSA فیدار فراز از شبیه سازی دینامیک سیالات ( CFD ) و تحلیل تنش ( FEA ) استفاده می شود تا توزیع جریان، افت فشار و زمان احیا بهینه شود.
پروپوزال فنی و خدمات مهندسی
تیم فنی فیدار فراز فرتاک برای هر پروژه صنعتی، پروپوزال فنی اختصاصی ارائه می دهد که شامل موارد زیر است:
- تحلیل مقایسه ای بین روش های PSA ، غشایی و مایع
- بررسی شرایط محیطی و کیفیت هوای فشرده
- طراحی مسیر لوله‌کشی و انتخاب سایز بهینه
- تدوین برنامه نگهداری پیشگیرانه ( Preventive Maintenance Plan )
در فاز بهره‌برداری نیز خدمات پشتیبانی ۲۴ ساعته و تأمین قطعات مصرفی اصلی تضمین شده است.
جمع‌بندی
نیتروژن سازهای PSA شرکت فیدار فراز فرتاک ترکیبی از طراحی دقیق، استفاده از جاذب های باکیفیت بین‌المللی و فناوری کنترل پیشرفته هستند.این سیستم ها با هزینه عملیاتی پایین، عملکرد پایدار و راندمان بالا، بهترین گزینه برای تولید نیتروژن در محل مصرف محسوب می شوند.
در صورت نیاز به مشاوره فنی، کارشناسان فیدار فراز آماده ارائه طرح مهندسی و برآورد اقتصادی متناسب با پروژه شما هستند.
راه‌های ارتباطی:
تلفن: 02182802290 | 02146077319
ایمیل: fidarfaraz@gmail.com