نیتروژن چیست؟
نیتروژن (Nitrogen) یا ازت گازی بی رنگ ، بی بو ، احتراق ناپذیر،غیر فلز، دو اتمی بی اثر است که 78 درصد از اتمسفر ما را تشکیل میدهد.خرید کوره ازمایشگاهی دانیل رادرفورد (Daniel Rutherford) کاشف نیتروژن بوده است. نیتروژن ترکیبات مهمی مانند آمونیاک،اسید نیتریک و سیانیدها را شکل میدهد.
از کاربرد های گاز نیتروژن میتوان به بازیابی ترکیبات آلی فرار از مخلوط ضایعات گازی،صنایع پتروشیمی، پاکسازی خطوط لوله، تولید مواد نیمه رسانا، تولید فیبرهای مصنوعی و …… اشاره نمود.
تقطیر جزء به جزء (Fractional distillation)
تقطیر جز به جز عبارت است از یکسری تبخیر و میعان که در سینی‌های یک برج استوانه‌ای صورت می‌گیرد. مایعات خالص در فشار محیط در دمایی به جوش می‌آیند که در آن دما فشار بخار آن برابر فشار محیط گردد. در صورتی که مایعات ناخالص در حدود دمایی که حاصل جمع فشارهای جزئی عوامل تشکیل دهنده آنها برابر فشار محیط گردد به جوش می‌آید.
در نقطه جوش فازهای بخار و مایع در حال تعادل می‌باشند. چنانچه فشار کاهش یابد تبخیر صورت می‌گیرد و در حالت معکوس میعان اتفاق می‌افتد. از فشار بخار برای محاسبه ترکیب گازهای مخلوط در حالت تعادل استفاده می‌شود. وقتی که اجزا تشکیل دهنده یک محلول در برج تقطیر بطور دائم جدا می‌شوند بخارهایی که به سمت بالا حرکت می‌کنند ترکیبات فرارتر با مایع برگشت کننده که به سمت پایین سرازیر است برخورد کرده و غلیظ‌تر می‌شود.یکی از کابردهای این روش بدست آوردن نیتروژن مایع یا همان ازت مایع می باشد.
نیتروژن مایع (Liquid Nitrogen)
نیتروژن مایع مانند گاز نیتروژن بی رنگ, بی بو (بسیار شبیه به آب)می باشد. همان طور که اشاره شد نیتروژن مایع از تقطیر جز به جزء هوا به دست می آید (به بیان دیگر تحت فشار زیاد به صورت مایع درآمده است). حجمی مشخص از نیتروژن مایع، تقریباً 700 برابر فشرده تر از گاز نیتروژن در شرایط طبیعی می‌باشد. در فشار جو، نیتروژن مایع در ۷۷ کلوین که برابر با ۱۹۶- درجه سیلیسوس و ۳۲۱- درجه فارنهایت است، به جوش می‌آید و دوباره به گاز تبدیل می شود.
کاربرد نیتروژن مایع
- در پزشکی برای سرد کردن موضعی پوست پیش از بیرون کشیدن زگیل یا بافتهای ناسالم بکار می‌رود.
- چون نیتروژن از لحاظ شیمیایی بی‌اثر است، به‌عنوان ایجاد جو بی‌اثر مثلا در جوشکاری مورد استفاده قرار می‌گیرد.
- نیتروژن مایع بدلیل برودت زیاد ، کاربرد وسیعی در تهیه مواد غذایی منجمد و حفاظت آنها در مواقع حمل و نقل دارد.
- هر بیمارستانی از تانک ازت مایع برای ذخیره سازی تخمک ها، نطفه، خون و حتی اعضای بدنی اهدا شده، استفاده می کند. در حقیقت، بیمارستان ممکن است بزرگترین مصرف کننده ی مخزن های ازت مایع باشند.
- “فریزر ازت مایع” که با نام فریزر آزمایشگاهی نیز شناخته می شود به منظور نگه داشتن مواد مهم در یک دمای ثابت است.
- تعلیق، پاکسازی و سرمایش رآکتورها و تانکرها
- سایش برودتی مواد پلاستیکی
- انجماد خاک جهت تخته کوبی تونل‌های زیرزمینی
- خنک سازی بتن
- جایگزین گاز و بخار جهت انفجار‌ها و آتش سوزی‌ها
- میعان حلال‌ها
- انتقال اسپرم ها جهت تلقیح مصنوعی در دامداری ها
چرا از تانک یا (Liquid Nitrogen Storage Tanks) برای نگهداری ازت مایع استفاده میکنیم؟
- با توجه به دلایل زیر از تانک برای نگهداری نیتروژن مایع استفاده می کنیم
- دمای بسیار پایین نیتروژن مایع
- با کمترین تماسی با جسم گرمتر از دمای ۱۹۶- درجه سیلیسوس (نقطه جوش ازت مایع) دوباره به حالت گازی شکل خود تبدیل می شود. به همین علت باید از هرگونه تماس آن با اجسام دیگر ممانعت به عمل آورد (این جسم حتی می تواند هوا باشد) هوای عادی تقریبا 220 درجه سانتی گراد گرمتر از نیتروژن مایع می باشد.
- نیتروژن مایع به قدری سرد می‌باشد که دراثر تماس با بافت زنده موجب یخ زدگی و سرمازدگی و در کل صدمات جدی آن بافت می‌شود.
- ویال های یخ زده ممکن است در معرض دمای اتاق منفجر شوند.
با این تفاسیر تنها راه حل استفاده از تانک ازت مایع (Liquid Nitrogen Storage Tanks) می باشد که دارای جداره خلاء هستند و برخورد با فضای اطراف را تقریبا به صفر می رسانند. این تانک ها گران قیمت بوده و بسیار حساس و آسیب پذیر هستند. این تانک ها می توانند بسته به طراحی خود و عوامل دیگر از چند ساعت تا حتی یک سال نیتروژن مایع را نگهداری کنند.
مخازن سرد (Cool Tanks)
مخازن سرد جهت نگهداری گازهای مایع و موادی با نقطه جوش پایین و غالبا زیر صفر درجه سانتی گراد مورد استفاده قرار می گیرند. با توجه به پایین بودن دمای جوش این مواد، اغلب آنها در دمای عادی محیط به شكل گاز می‌باشند، لذا باید این دسته از مواد را در دمای پایین نگهداری نمود.
اقتصادی ترین و ایمن ترین دما برای نگهداری این گازها، كمی پایین تر از دمای جوش آنها و در حالت مایع می باشد. به عنوان مثال گاز بوتان در صفر درجه سانتیگراد، بوتادین در 4- ، آمونیاك در 33- ، پروپان در42- ، اتیلن در 103- ، آرگون در 186- ، نیتروژن در 196- ، هیدروژن در 253- و … درجه سانتیگراد نگهداری می‌گردند.
- برای مایع نگهداشتن این گازها می توان آنها را در فشارهای بالا و دمای محیط نیز نگهداری نمود ولی دلایل متعددی باعث شده‌اند كه ذخیره سازی در دمای پایین و فشار اتمسفریك بر ذخیره سازی در فشار بالا و دمای محیط مزیت داشته باشد، از جمله این دلایل می توان به موارد ذیل اشاره نمود:
- وجود فشار پایین تر از دید ایمنی بسیار مناسب تر می‌باشد.
- هرچه فشار مخزن افزایش یابد، ناچارا باید ظرفیت ذخیره سازی را برای ایمنی و هزینه‌های ساخت كاهش داد. لذا كاركردن در فشار پایین تر سبب می شود تا ظرفیت بیشتری برای ذخیره سازی با هزینه مناسب تر استفاده نمود.
- مخازن دارای فشار زیاد از نقطه نظر ایمنی نیاز به محافظ های زیاد و غالبا دور بودن از سایر تجهیزات و واحد های فرایندی دارند، لذا كار كردن در فشار پایین تر سبب استفاده بهینه تری از زمین می‌گردد.
- عملیات بهره برداری در فشار كم راحت تر و سازگار با سیستم حمل و نقل می باشد.
مخازن سرد غالباً به شكل استوانه‌ای با كف صاف هستند كه به مخازن تبرید (میعان) نیز موسوم می‌باشند. این نوع مخازن اشكال روزمینی و زیرزمینی دارند.
مخازن متداول برای انبارهای بزرگ از نوع روزمینی، كف‌صاف و سقف‌گنبدی و دو جداره مــــی‌باشند، كه از یك جدار داخلی از جنس فولاد نیكل‌دار و یك پوشش خارجی از فولاد و یك ماده عایق‌كننده وسطی تشكیل شده است. سیستم عایق‌بندی آن متشكل از دانه‌های پودری پرلایت است كه در فضای بین دوجداره و با استفاده از فشار مثبت نیتروژن نگهداری می‌شود. این نوع از مخازن را اصطلاحا تانك‌های نگهداری كامل نیز می‌گویند.
نوع دیگری از این مخازن به شكل زیرزمینی است. یكی از مسائل مهمی كه در مخازن زیرزمینی پیش می‌آید، مشكل تشكیل یخ در خاك اطراف و زیر مخزن است كه باعث ایجاد فشارهای فوق‌العاده به مخزن و فونداسیون می‌شود. برای كنترل و رفع این مشكل، زیر و اطراف مخزن را با شن درشت پر می‌نمایند و در بعضی موارد از سیستم‌های گرمایشی در فونداسیون زیر مخزن استفاده می‌نمایند. مزیت مخازن زیرزمینی در مقابل مخازن روزمینی این است كه در صورت اشكال در مخزن، مایع در سطح زمین اطراف پخش نمی‌شود ولی عیب عمده آنها این است كه در صورت بروز نشتی در زیر خاك، یافتن نشتی مشكل است.
سیستم های كاهش دهنده فشار در مخازن سرد نیز مورد استفاده قرار می گیرند و در صورت بالا رفتن فشار از حد مجاز، مقداری از گاز را از مخزن تخلیه كرده تا فشار در حد مجاز قرار گیرد. در مورد گازهای آتش‌گیر باید برای آن از سیستمی ایمنی استفاده نمود تا گازهای حاصل از تخلیه فشار مایع سرد را به نقطه ای بیرون از قسمت های حساس واحد عملیاتی منتقل نماید و در یك flare آن را بسوزانند و در ضمن به خاطر مسایل محیط زیستی نیز باید كلیه شیرهای ایمنی به مشعل flare تخلیه گردند. ملاحظات ایمنی ایجاب می‌كند كه به منظور جلوگیری از خطرات در هنگام شكافت احتمالی، مخازن به وسیله دیواره‌ها و یا حصارهایی (dike) محصور شوند. این مخازن دارای سیستم تبرید می‌باشند.
- https://hakimazma.com/%d9%87%d9%88%d8%af-%d8%a2%d8%b2%d9%85%d8%a7%db%8c%d8%b4%da%af%d8%a7%d9%87%db%8c/%d9%87%d9%88%d8%af-%d8%b4%db%8c%d9%85%db%8c%d8%a7%db%8c%db%8c/
-
از جمله مخازن سرد میتوان از مخازن LNG، مخازن اتیلن، اكسیژن، نیتروژن، آرگون، هیدروژن و … نام برد.
نیتروژن چیست؟
نیتروژن (Nitrogen) یا ازت گازی بی رنگ ، بی بو ، احتراق ناپذیر،غیر فلز، دو اتمی بی اثر است که 78 درصد از اتمسفر ما را تشکیل میدهد.خرید کوره ازمایشگاهی دانیل رادرفورد (Daniel Rutherford) کاشف نیتروژن بوده است. نیتروژن ترکیبات مهمی مانند آمونیاک،اسید نیتریک و سیانیدها را شکل میدهد.
از کاربرد های گاز نیتروژن میتوان به بازیابی ترکیبات آلی فرار از مخلوط ضایعات گازی،صنایع پتروشیمی، پاکسازی خطوط لوله، تولید مواد نیمه رسانا، تولید فیبرهای مصنوعی و …… اشاره نمود.
تقطیر جزء به جزء (Fractional distillation)
تقطیر جز به جز عبارت است از یکسری تبخیر و میعان که در سینی‌های یک برج استوانه‌ای صورت می‌گیرد. مایعات خالص در فشار محیط در دمایی به جوش می‌آیند که در آن دما فشار بخار آن برابر فشار محیط گردد. در صورتی که مایعات ناخالص در حدود دمایی که حاصل جمع فشارهای جزئی عوامل تشکیل دهنده آنها برابر فشار محیط گردد به جوش می‌آید.
در نقطه جوش فازهای بخار و مایع در حال تعادل می‌باشند. چنانچه فشار کاهش یابد تبخیر صورت می‌گیرد و در حالت معکوس میعان اتفاق می‌افتد. از فشار بخار برای محاسبه ترکیب گازهای مخلوط در حالت تعادل استفاده می‌شود. وقتی که اجزا تشکیل دهنده یک محلول در برج تقطیر بطور دائم جدا می‌شوند بخارهایی که به سمت بالا حرکت می‌کنند ترکیبات فرارتر با مایع برگشت کننده که به سمت پایین سرازیر است برخورد کرده و غلیظ‌تر می‌شود.یکی از کابردهای این روش بدست آوردن نیتروژن مایع یا همان ازت مایع می باشد.
نیتروژن مایع (Liquid Nitrogen)
نیتروژن مایع مانند گاز نیتروژن بی رنگ, بی بو (بسیار شبیه به آب)می باشد. همان طور که اشاره شد نیتروژن مایع از تقطیر جز به جزء هوا به دست می آید (به بیان دیگر تحت فشار زیاد به صورت مایع درآمده است). حجمی مشخص از نیتروژن مایع، تقریباً 700 برابر فشرده تر از گاز نیتروژن در شرایط طبیعی می‌باشد. در فشار جو، نیتروژن مایع در ۷۷ کلوین که برابر با ۱۹۶- درجه سیلیسوس و ۳۲۱- درجه فارنهایت است، به جوش می‌آید و دوباره به گاز تبدیل می شود.
کاربرد نیتروژن مایع
- در پزشکی برای سرد کردن موضعی پوست پیش از بیرون کشیدن زگیل یا بافتهای ناسالم بکار می‌رود.
- چون نیتروژن از لحاظ شیمیایی بی‌اثر است، به‌عنوان ایجاد جو بی‌اثر مثلا در جوشکاری مورد استفاده قرار می‌گیرد.
- نیتروژن مایع بدلیل برودت زیاد ، کاربرد وسیعی در تهیه مواد غذایی منجمد و حفاظت آنها در مواقع حمل و نقل دارد.
- هر بیمارستانی از تانک ازت مایع برای ذخیره سازی تخمک ها، نطفه، خون و حتی اعضای بدنی اهدا شده، استفاده می کند. در حقیقت، بیمارستان ممکن است بزرگترین مصرف کننده ی مخزن های ازت مایع باشند.
- “فریزر ازت مایع” که با نام فریزر آزمایشگاهی نیز شناخته می شود به منظور نگه داشتن مواد مهم در یک دمای ثابت است.
- تعلیق، پاکسازی و سرمایش رآکتورها و تانکرها
- سایش برودتی مواد پلاستیکی
- انجماد خاک جهت تخته کوبی تونل‌های زیرزمینی
- خنک سازی بتن
- جایگزین گاز و بخار جهت انفجار‌ها و آتش سوزی‌ها
- میعان حلال‌ها
- انتقال اسپرم ها جهت تلقیح مصنوعی در دامداری ها
چرا از تانک یا (Liquid Nitrogen Storage Tanks) برای نگهداری ازت مایع استفاده میکنیم؟
- با توجه به دلایل زیر از تانک برای نگهداری نیتروژن مایع استفاده می کنیم
- دمای بسیار پایین نیتروژن مایع
- با کمترین تماسی با جسم گرمتر از دمای ۱۹۶- درجه سیلیسوس (نقطه جوش ازت مایع) دوباره به حالت گازی شکل خود تبدیل می شود. به همین علت باید از هرگونه تماس آن با اجسام دیگر ممانعت به عمل آورد (این جسم حتی می تواند هوا باشد) هوای عادی تقریبا 220 درجه سانتی گراد گرمتر از نیتروژن مایع می باشد.
- نیتروژن مایع به قدری سرد می‌باشد که دراثر تماس با بافت زنده موجب یخ زدگی و سرمازدگی و در کل صدمات جدی آن بافت می‌شود.
- ویال های یخ زده ممکن است در معرض دمای اتاق منفجر شوند.
با این تفاسیر تنها راه حل استفاده از تانک ازت مایع (Liquid Nitrogen Storage Tanks) می باشد که دارای جداره خلاء هستند و برخورد با فضای اطراف را تقریبا به صفر می رسانند. این تانک ها گران قیمت بوده و بسیار حساس و آسیب پذیر هستند. این تانک ها می توانند بسته به طراحی خود و عوامل دیگر از چند ساعت تا حتی یک سال نیتروژن مایع را نگهداری کنند.
مخازن سرد (Cool Tanks)
مخازن سرد جهت نگهداری گازهای مایع و موادی با نقطه جوش پایین و غالبا زیر صفر درجه سانتی گراد مورد استفاده قرار می گیرند. با توجه به پایین بودن دمای جوش این مواد، اغلب آنها در دمای عادی محیط به شكل گاز می‌باشند، لذا باید این دسته از مواد را در دمای پایین نگهداری نمود.
اقتصادی ترین و ایمن ترین دما برای نگهداری این گازها، كمی پایین تر از دمای جوش آنها و در حالت مایع می باشد. به عنوان مثال گاز بوتان در صفر درجه سانتیگراد، بوتادین در 4- ، آمونیاك در 33- ، پروپان در42- ، اتیلن در 103- ، آرگون در 186- ، نیتروژن در 196- ، هیدروژن در 253- و … درجه سانتیگراد نگهداری می‌گردند.
- برای مایع نگهداشتن این گازها می توان آنها را در فشارهای بالا و دمای محیط نیز نگهداری نمود ولی دلایل متعددی باعث شده‌اند كه ذخیره سازی در دمای پایین و فشار اتمسفریك بر ذخیره سازی در فشار بالا و دمای محیط مزیت داشته باشد، از جمله این دلایل می توان به موارد ذیل اشاره نمود:
- وجود فشار پایین تر از دید ایمنی بسیار مناسب تر می‌باشد.
- هرچه فشار مخزن افزایش یابد، ناچارا باید ظرفیت ذخیره سازی را برای ایمنی و هزینه‌های ساخت كاهش داد. لذا كاركردن در فشار پایین تر سبب می شود تا ظرفیت بیشتری برای ذخیره سازی با هزینه مناسب تر استفاده نمود.
- مخازن دارای فشار زیاد از نقطه نظر ایمنی نیاز به محافظ های زیاد و غالبا دور بودن از سایر تجهیزات و واحد های فرایندی دارند، لذا كار كردن در فشار پایین تر سبب استفاده بهینه تری از زمین می‌گردد.
- عملیات بهره برداری در فشار كم راحت تر و سازگار با سیستم حمل و نقل می باشد.
مخازن سرد غالباً به شكل استوانه‌ای با كف صاف هستند كه به مخازن تبرید (میعان) نیز موسوم می‌باشند. این نوع مخازن اشكال روزمینی و زیرزمینی دارند.
مخازن متداول برای انبارهای بزرگ از نوع روزمینی، كف‌صاف و سقف‌گنبدی و دو جداره مــــی‌باشند، كه از یك جدار داخلی از جنس فولاد نیكل‌دار و یك پوشش خارجی از فولاد و یك ماده عایق‌كننده وسطی تشكیل شده است. سیستم عایق‌بندی آن متشكل از دانه‌های پودری پرلایت است كه در فضای بین دوجداره و با استفاده از فشار مثبت نیتروژن نگهداری می‌شود. این نوع از مخازن را اصطلاحا تانك‌های نگهداری كامل نیز می‌گویند.
نوع دیگری از این مخازن به شكل زیرزمینی است. یكی از مسائل مهمی كه در مخازن زیرزمینی پیش می‌آید، مشكل تشكیل یخ در خاك اطراف و زیر مخزن است كه باعث ایجاد فشارهای فوق‌العاده به مخزن و فونداسیون می‌شود. برای كنترل و رفع این مشكل، زیر و اطراف مخزن را با شن درشت پر می‌نمایند و در بعضی موارد از سیستم‌های گرمایشی در فونداسیون زیر مخزن استفاده می‌نمایند. مزیت مخازن زیرزمینی در مقابل مخازن روزمینی این است كه در صورت اشكال در مخزن، مایع در سطح زمین اطراف پخش نمی‌شود ولی عیب عمده آنها این است كه در صورت بروز نشتی در زیر خاك، یافتن نشتی مشكل است.
سیستم های كاهش دهنده فشار در مخازن سرد نیز مورد استفاده قرار می گیرند و در صورت بالا رفتن فشار از حد مجاز، مقداری از گاز را از مخزن تخلیه كرده تا فشار در حد مجاز قرار گیرد. در مورد گازهای آتش‌گیر باید برای آن از سیستمی ایمنی استفاده نمود تا گازهای حاصل از تخلیه فشار مایع سرد را به نقطه ای بیرون از قسمت های حساس واحد عملیاتی منتقل نماید و در یك flare آن را بسوزانند و در ضمن به خاطر مسایل محیط زیستی نیز باید كلیه شیرهای ایمنی به مشعل flare تخلیه گردند. ملاحظات ایمنی ایجاب می‌كند كه به منظور جلوگیری از خطرات در هنگام شكافت احتمالی، مخازن به وسیله دیواره‌ها و یا حصارهایی (dike) محصور شوند. این مخازن دارای سیستم تبرید می‌باشند.
- https://hakimazma.com/%d9%87%d9%88%d8%af-%d8%a2%d8%b2%d9%85%d8%a7%db%8c%d8%b4%da%af%d8%a7%d9%87%db%8c/%d9%87%d9%88%d8%af-%d8%b4%db%8c%d9%85%db%8c%d8%a7%db%8c%db%8c/
-
از جمله مخازن سرد میتوان از مخازن LNG، مخازن اتیلن، اكسیژن، نیتروژن، آرگون، هیدروژن و … نام برد.
تشریفات ثبت شرکت با مسئولیت محدود