الف مولد نیتروژن یک سیستم صنعتی است که گاز نیتروژن را در محل با جداسازی آن از هوای فشرده تولید می کند. این سیستمها به جای تکیه بر سیلندرهای نیتروژن تحویلی یا مخازن نیتروژن مایع، نیتروژن را استخراج میکنند. 78 درصد جو زمین - و بسته به نیازهای برنامه، آن را با خلوص بین 95٪ تا 99.999٪ تحویل دهید.
مزیت اصلی در حذف نگرانیهای لجستیک، هزینهها و ایمنی مرتبط با روشهای سنتی تامین نیتروژن است. صنایع از بسته بندی مواد غذایی تا تولید لوازم الکترونیکی از ژنراتورهای نیتروژن برای حفظ عرضه ثابت گاز و در عین حال کاهش هزینه های عملیاتی تا حداکثر استفاده می کنند. 40-60٪ در مقایسه با تحویل سیلندر .
ژنراتورهای نیتروژن با فیلتر کردن هوای فشرده از طریق فناوری های جداسازی تخصصی کار می کنند. این فرآیند با یک کمپرسور هوا آغاز میشود که هوای تحت فشار را به ژنراتور میرساند، که سپس اکسیژن، بخار آب و سایر گازهای کمیاب را برای جداسازی مولکولهای نیتروژن حذف میکند.
کارایی این فرآیند به فناوری جداسازی مورد استفاده بستگی دارد، با روشهای مختلف متناسب با نیازهای خلوص مختلف و نرخ جریان.
دو فناوری اولیه بر بازار تولید نیتروژن تسلط دارند که هر کدام دارای مزایای مشخصی برای کاربردهای خاص هستند.
ژنراتورهای نیتروژن PSA از مواد غربال مولکولی کربن (CMS) برای جذب انتخابی مولکولهای اکسیژن و در عین حال اجازه عبور نیتروژن از آن استفاده میکنند. این سیستم شامل دو برج است که هر مرحله بین فازهای جذب و بازسازی متناوب میشوند 30-120 ثانیه .
ویژگی های کلیدی عبارتند از:
سیستم های غشایی از غشاهای فیبر توخالی با نرخ های نفوذ متفاوت برای مولکول های مختلف گاز استفاده می کنند. اکسیژن و بخار آب سریعتر از نیتروژن از دیواره غشاء نفوذ می کند و جریانی غنی از نیتروژن ایجاد می کند.
ویژگی های کلیدی عبارتند از:
| ویژگی | ژنراتورهای PSA | ژنراتورهای غشایی |
|---|---|---|
| حداکثر خلوص | 99.999% | 99.5% |
| قطعات متحرک | بله (دریچه ها) | خیر |
| بهره وری انرژی | بالاتر | پایین تر |
| هزینه اولیه | بالاتر | پایین تر |
| تعمیر و نگهداری | متوسط | حداقل |
ژنراتورهای نیتروژن عملکردهای حیاتی را در صنایع مختلف انجام می دهند که در آن جو بی اثر، حفظ محصول یا کاربردهای ایمنی نیاز به تامین نیتروژن قابل اعتماد دارند.
بسته بندی با اتمسفر اصلاح شده (MAP) از نیتروژن برای جابجایی اکسیژن استفاده می کند و عمر مفید را افزایش می دهد. 200-400٪ برای محصولاتی مانند قهوه، آجیل و میوه های خشک. کارخانه های آبجوسازی از نیتروژن برای پوشش مخازن و کربناته کردن استفاده می کنند که مصرف آن تا 500 متر مکعب در روز در عملیات های متوسط
کوره های لحیم کاری موجی و جریان مجدد به اتمسفر نیتروژن نیاز دارند خلوص 99.99 درصد برای جلوگیری از اکسیداسیون در هنگام مونتاژ PCB. یک خط SMT معمولی 50-100 متر مکعب نیتروژن در ساعت مصرف می کند، که تولید در محل را از نظر اقتصادی برای تاسیسات با حجم بالا ضروری می کند.
پوشش راکتور، خشک کردن محصول و پاکسازی خط لوله به محیط های نیتروژن کنترل شده نیاز دارد. امکانات دارویی اغلب نیاز دارند خلوص 99.5-99.9٪ با مستنداتی که FDA 21 CFR قسمت 11 الزامات مربوط به سوابق الکترونیکی را برآورده می کند.
تصفیه خط لوله، آزمایش فشار، و کاربردهای بهبود یافته بازیافت نفت، حجم عظیمی از نیتروژن را مصرف می کند. سکوهای فراساحلی به دلیل وجود آنها به طور فزاینده ای از ژنراتورهای غشایی استفاده می کنند طراحی قطعات متحرک صفر و مقاومت در برابر حرکت و ارتعاش.
در عملیات برش لیزری، لحیم کاری و بازپخت از نیتروژن برای جلوگیری از اکسیداسیون و تشکیل رسوب استفاده می شود. یک دستگاه برش لیزری می تواند مصرف کند 20-40 متر مکعب در ساعت با خلوص 99.999٪ برای کاربردهای فولاد ضد زنگ.
مورد مالی برای مولدهای نیتروژن بر حذف هزینه های مکرر عرضه و بهبود انعطاف پذیری عملیاتی متمرکز است.
برای یک تسهیلات مصرفی 100 متر مکعب نیتروژن روزانه ، هزینه های سالانه به شرح زیر تقسیم می شود:
با هزینه های سیستم معمولی از 25000 تا 150000 دلار بسته به ظرفیت و خلوص مورد نیاز، دوره بازپرداخت به طور متوسط 1.5 تا 3 سال برای عملیات مداوم است.
فراتر از کاهش هزینه مستقیم، ژنراتورهای نیتروژن موارد زیر را حذف می کنند:
اندازه مناسب مولد نیتروژن نیازمند تجزیه و تحلیل سه پارامتر حیاتی است: سرعت جریان، سطح خلوص و فشار عملیاتی.
پیک مصرف ساعتی را با اندازه گیری میزان مصرف واقعی در شرایط حداکثر تولید محاسبه کنید. a اضافه کنید 20-30 درصد حاشیه ایمنی برای محاسبه رشد آتی و تغییرات فرآیند. سیستم ها از واحدهای کوچک 5 متر مکعب در ساعت تا تاسیسات صنعتی با تولید بیش از 10000 متر مکعب در ساعت را شامل می شوند.
به جای تعیین بیش از حد، خروجی مولد را با نیازهای واقعی برنامه مطابقت دهید. هر 1% افزایش خلوص بالای 99% نیاز دارد 15-25 درصد انرژی بیشتر و تجهیزات بزرگتر سطوح خلوص رایج عبارتند از:
مولدهای نیتروژن به هوای فشرده تمیز و خشک با حجم کافی نیاز دارند. به عنوان یک قاعده کلی، سیستم های PSA نیاز دارند 4-5 متر مکعب هوای فشرده برای تولید 1 متر مکعب نیتروژن با خلوص 99 درصد. سیستم های غشایی نیاز دارند 5-8 متر مکعب به ازای هر متر مکعب نیتروژن خروجی
ژنراتورهای نیتروژن نیاز به تعمیر و نگهداری حداقل اما حیاتی برای اطمینان از عملکرد و طول عمر ثابت دارند.
وظایف اصلی تعمیر و نگهداری عبارتند از:
سیستم های غشایی حتی به مداخله کمتری نیاز دارند:
مهم ترین عاملی که بر طول عمر تاثیر می گذارد کیفیت هوای فشرده است. آلودگی روغن و آب می تواند به طور دائمی به رسانه های جداسازی در عرض چند ماه آسیب برساند و تصفیه مناسب هوا را ضروری می کند.
تولید نیتروژن در محل اثرات زیست محیطی را در مقایسه با روش های تحویل سنتی کاهش می دهد و در عین حال ایمنی محل کار را بهبود می بخشد.
حذف سفرهای کامیون تحویل، انتشار CO2 را کاهش می دهد 60-80٪ در مقایسه با تحویل سیلندر. یک تاسیسات با استفاده از 100 متر مکعب روزانه تقریباً صرفه جویی می کند 15 تن CO2 در سال با اجتناب از انتشار گازهای گلخانه ای حمل و نقل.
تولید در محل خطرات سیلندر فشار بالا را حذف می کند و قرار گرفتن در معرض مایع برودتی را کاهش می دهد. ژنراتورهای نیتروژن در 7-10 بار در مقایسه با 200 بار برای سیلندرهای ذخیره سازی، به طور قابل توجهی خطرات خرابی فاجعه بار را کاهش می دهد. علاوه بر این، در دسترس بودن مداوم مانع از به تعویق انداختن رویه های ایمنی کارگران به دلیل کمبود گاز می شود.
فن آوری تولید نیتروژن با بهبود در بهره وری انرژی، اتوماسیون و قابلیت های یکپارچه سازی به تکامل خود ادامه می دهد.
نوآوری های اخیر شامل کمپرسورهای درایو با سرعت متغیر است که مصرف انرژی را کاهش می دهد 20-35٪ در طول عملیات بار جزئی، سیستمهای نظارتی مجهز به اینترنت اشیا که نیازهای تعمیر و نگهداری را قبل از وقوع خرابی پیشبینی میکنند، و سیستمهای ترکیبی ترکیبی از PSA و فناوریهای غشایی برای بهینهسازی کارایی در پروفایلهای مختلف تقاضا.
الفdvanced carbon molecular sieve formulations now achieve the same purity at lower pressure differentials, reducing compression energy requirements. Some manufacturers report 40 درصد صرفه جویی در مصرف انرژی در مقایسه با سیستم های یک دهه قبل در حالی که 30٪ فضای کمتری را اشغال می کردند.