Kriogeniczna ciecz w postaci skroplonego azotu cieszy się ogromną popularnością, jeśli chodzi o wykorzystanie w celach przemysłowych. Powstaje ona na skutek wieloetapowych procesów fizykochemicznych. Ich zwieńczeniem jest zmagazynowanie substancji w przeznaczonych do tego celu zbiornikach. Aby jej użytkowanie było w pełni bezpieczne, musi być wolna od wszelkich zanieczyszczeń. Jak zrobić ciekły azot pozbawiony szkodliwych elementów i w jaki sposób jest on dostarczany? Przyjrzymy się powyższym zagadnieniom.
Krótka historia skroplenia ciekłego azotu
Jak zrobić ciekły azot? Chcąc w pełni zrozumieć istotę całego procesu, należy cofnąć się do lat osiemdziesiątych XIX wieku. Wówczas miało miejsce pierwsze skroplenie powietrza, a także jego składników. Stało się to dokładnie w 1883 roku. Sztuki tej dokonali Zygmunt Wróblewski oraz Karol Olszewski z Uniwersytetu Jagiellońskiego w Krakowie.
Wykorzystano metodą kaskadową, która polegała na obniżeniu temperatury gazu do jej punktu krytycznego, skropleniu azotu pod podwyższonym ciśnieniem, a następnie jego odparowaniu pod ciśnieniem atmosferycznym. W celu przechłodzenia sprężonego powietrza Polacy wykorzystali wrzący etylen pod obniżonym ciśnieniem.
Był to zaledwie początek rozwoju metod kriogenicznych, które zaczęto wykorzystywać na skalę przemysłową. Ciekły azot stał się niezwykle użyteczny m.in. w przemyśle jądrowym i rakietowym. Natomiast na przestrzeni wielu kolejnych lat znalazł zastosowanie w takich dziedzinach jak: rolnictwo, metalurgia, energetyka, medycyna, lotnictwo, czy też przetwórstwo żywności.
Jak zrobić ciekły azot? Ten proces technologiczny odgrywa najważniejszą rolę
Postępujący rozwój kriogeniki sprawił, że produkcja kriogenicznych cieczy nabrała znacznie innego wymiaru. Jak wobec tego zrobić ciekły azot? Kluczem do sukcesu jest skraplanie oraz parowanie frakcjonujące powietrza atmosferycznego, a także gromadzenie powstającej substancji w termostatycznych zbiornikach, czyli naczyniach Dewara.
Uwagę zwraca przede wszystkim samo frakcjonowanie. To nic innego jak oddzielanie poszczególnych składników mieszaniny w formie stałej, ciekłej lub roztworowej. Jej pewna część zostaje podzielona na mniejsze porcje występujące w większych ilościach, w których zachodzą zmiany w składzie. Następnie porcje, czyli inaczej frakcje, zbierane są na podstawie różnic powstałych we właściwościach składników. Co ważne, frakcjonowanie pozwala izolować kilka składników wyjściowych w trakcie jednego cyklu. Ten właśnie aspekt odróżnia przedstawioną metodę separacji od innych podobnych technik.
Tego typu proces technologiczny uchodzi za najpopularniejsze rozwiązanie, wobec czego wykorzystywany jest w najróżniejszych gałęziach nauki oraz przemysłu. Mowa nie tylko o kriogenice, ale również przerobie półproduktów pozyskiwanych w rafineriach np. ropy naftowej. Co więcej, to bardzo użyteczna procedura w naukach biologicznych. Za sprawą frakcjonowania możliwe jest, chociażby wyodrębnienie krwinek i osocza krwi.
Produkcja ciekłego azotu i najpopularniejsze metody jego wytwarzania
W taki właśnie sposób powstaje produkt, który dostarczany jest jego użytkownikom kilkoma metodami. Jedna z nich to wykorzystanie stacjonarnych urządzeń w postaci generatorów azotu. Stanowią one korzystną alternatywę dla rozprowadzania skroplonej cieczy w przeznaczonych do tego butlach ciśnieniowych. Jak dzięki nim można zrobić ciekły azot?
Metoda kriogeniczna
Wytwarzanie produktu odbywa się dzięki skraplaniu powietrza w skrajnie niskich temperaturach. We wstępnej fazie, swoje zadanie muszą spełnić sita molekularne, które odpowiadają za filtrację sprężonego powietrza. Wynikiem tej właśnie czynności jest likwidacja znacznej części węglowodorów, wody i dwutlenku węgla.
Następnie kontrolę nad całością przejmuje wymiennik ciepła sprawiający, że ciepłe powietrze oddaje swoją energię produkowanej substancji. Poddawane jest ono stałemu ochładzaniu, natomiast w momencie przejścia do kolumn destylacyjnych dochodzi do częściowego skroplenia. W taki właśnie sposób powstaje ciekły azot wolny od zanieczyszczeń pobierany z górnego fragmentu kolumny.
Metoda adsorpcji zmiennociśnieniowej
Ten sposób pozwala wytwarzać ciekły azot za sprawą sprężonego powietrza transportowanego do specjalnej kolumny, w której zawarta jest substancja adsorbująca. Kluczową rolę odgrywa węglowe sito molekularne. Odpowiada za adsorpcję pomniejszych molekuł tlenu. Natomiast większe trafiają do wylotu urządzenia.
Wspomniane sito węglowe pozwala adsorbować tlen aż do momentu jego nasycenia. Następnie strumień sprężonego powietrza przedostaje się do kolejnej kolumny, w której odbywa się etap adsorpcji. Z kolei sito molekularne znajdujące się w pierwszej kolumnie przechodzi proces regeneracji, co prowadzi przede wszystkim do pozbycia się zanieczyszczeń. Powstały w ten sposób ciekły azot odznacza się niemalże maksymalną czystością sięgająca prawie 100%.
Metoda membranowa
Wykorzystanie tej właśnie metody polega na sprężeniu powietrza atmosferycznego oraz jego przefiltrowaniu. Następnie zostaje przepuszczone przez specjalne moduły separacyjne skonstruowane z włókien membranowych. Na nich rozpoczyna się proces rozdzielenia poszczególnych składników powietrza, który odbywa się w określonej temperaturze.
Rozdział postępuje wedle zasady selektywności przepuszczalności gazów. Ich mniejsze cząsteczki, takie jak woda czy dwutlenek węgla cechują się dużą przenikalnością. Tym samym w szybszym tempie przechodzą przez włókna z membrany w przeciwieństwie do większych i słabiej przenikających gazów, chociażby w postaci azotu.
Jak zrobić ciekły azot? Postaw na alternatywne rozwiązania
Przedstawione wyżej metody wytwarzania cieczy kriogenicznej wykazują ogromną złożoność całego procesu. W związku z tym zakłady przemysłowe wykorzystujące na co dzień ciekły azot decydują się na dużo prostsze sposoby. Mowa o zaopatrywaniu się w techniczną substancję u zewnętrznych dostawców.
Takie rozwiązanie bez wątpienia posiada mnóstwo zalet. Co prawda mogą występować pewne ograniczenia ilościowe, jednakże niewielkie ilości gazów, które są dostarczane w butlach ciśnieniowych, ułatwiają ich przenoszenie w wybrane miejsce.
Jeśli taki patent jest dla przedsiębiorcy niepraktyczny ze względu na znacznie większe zapotrzebowanie na ciekły azot, może on zdecydować się na instalację zbiorników na terenie własnego zakładu. W nich gromadzi się zapasy substancji, które co jakiś czas uzupełniane są przez producenta wedle potrzeb klienta.
Ciekły azot i jego gromadzenie w dewarach
Decydując się na powyższą metodę, niezbędne jest zastosowanie parownika. Najczęściej jest on zintegrowany z izolowanym próżniowo zbiornikiem. Wymiennik ciepła pozwala przekształcić substancję w formę nadającą się do użytku. Ta natomiast gromadzona jest w specjalnych naczyniach, czyli popularnych dewarach. Dlatego też zastanawiając się jak robić ciekły azot, musisz wiedzieć, że są one niezwykle ważnym wyposażeniem dla całego procesu.
Bez wątpienia to jeden z najbardziej komfortowych sposobów składowania cieczy kriogenicznej. Należy jednak pamiętać o bardzo ważnej rzeczy. Otóż zużycie jej w mniejszej ilości, niż jest to wskazane dla danego zbiornika, doprowadzi do wzrostu ciśnienia w naczyniu. Przyczynia się to strat substancji poprzez jej parowanie.
Można jednak temu zaradzić. Aby uniknąć niewskazanego marnotrawstwa, wystarczy zadbać o regularne napełnianie zbiornika. Przynajmniej raz w tygodniu. Należy przy tym pamiętać, że im bardziej sporadyczne zapotrzebowanie na kriogeniczną ciecz, tym większe ryzyko powstania strat wynikających z odparowania.
Dewary a ryzyko odparowania ciekłego azotu
Naczynia Dewara dostarczane są w różnorodnych wariantach pod względem pojemności. Nie jest jednak ona rzeczywistą objętością środka chłodzącego nadającego się do użytku. Od czego wobec tego zależy wspomniana objętość? Przede wszystkim od ciśnienia, które jest wymagane po stronie tłoczonej, a także od obligatoryjnej potrzeby zapewnienia czystości gazu.
Co równie istotne, zbiorniki przeznaczone do przechowywania cieczy kriogenicznej w postaci ciekłego azotu są zaprojektowane w sposób, który minimalizuje ryzyko nagrzewania zimnej substancji o temperaturze -196°C. Niewłaściwy poziom izolacji może jednak powodować, że całkowite zabezpieczenie naczyń przed przenikaniem ciepła nie będzie możliwe, tym samym obniżając ich wydajność.
Na skutek ingerencji ciepła tworzą się skroplone opary ciekłego gazu. Zatrzymywane są one w zbiornikach, przez co powodują wzrost ciśnienia substancji. Gdy przekroczy ono granicę bezpieczeństwa, trafia do atmosfery, w związku z czym zostaje zmarnowana.
Produkujesz ciekły azot? Postaw na zbiorniki o wysokim poziomie izolacji
W jaki sposób można temu zapobiec? Przede wszystkim stawiając na asortyment, który odznacza się prawidłowymi rozwiązaniami konstrukcyjnymi. Doskonałym przykładem jest tutaj wykorzystanie technologii amerykańskiej firmy MVE. Daje ona gwarancję najwyższego poziomu izolacji.
Co więcej, tego typu naczynia Dewara posiadają odpowiednio wąskie wloty. Dzięki temu ryzyko odparowania zgromadzonej substancji jest jeszcze mniejsze. Niezwykle istotną rolę odgrywają również podwójne ściany pojemników, które sprawiają, że podczas napełniania naczyń substancja ociepla się nieznacznie. To ze względu na wytworzenie w ich wnętrzu niskiej przewodności cieplnej.
Rozważając jak zrobić ciekły azot pozbawiony zanieczyszczeń oraz w jaki sposób go gromadzić, by ograniczyć straty, warto zdecydować się na współpracę ze sprawdzonymi dostawcami naczyń kriogenicznych. Daleko nie musisz szukać. Nasz sklep stawia na w pełni kompleksową obsługę klientów. Wobec tego w ofercie znaleźć można zbiorniki przeznaczone do różnorodnych procesów, nawet tych najbardziej nietypowych. Zastosowanie pożądanych dla tego rodzaju produktów technologii przyczynia się do ich sprawnej i bezpiecznej eksploatacji, co czyni je godnymi uwagi propozycjami.