کرایوژنیک یا برودت‌شناسی
کرایوژنیک (کرایوجنیک) یا برودت‌شناسی یا فوق سردشناسی (Cryogenics) دانش تولید یا کاربرد دماهای فوق‌العاده پایین یا بررسی رفتار مواد در دماهای خیلی پایین و مادون سرد است. محدوده دمای برودت‌شناسی یا کرایوژنیک از منفی ۱۵۰ سلسیوس تا صفر مطلق تعیین شده است.
در این حالت تمام تجهیزات باید قابلیت کار با این دماها را داشته باشند.
یکی از پرکاربردترین بخش‌های این پدیده فرآیندی است که طی آن گازهای سازنده هوا از یکدیگر جدا می‌شوند. در این روش ابتدا مخلوط هوا تا دمای میعان سرد می‌شود تا هوای مایع ایجاد شود. در مرحله بعد به وسیله یک برج تقطیر و افزایش تدریجی دما، اجزا سازنده هوا بر اساس دمای جوش از یکدیگر جدا می‌شود. این روش یکی از روش‌های متداول برای تولید نیتروژن و اکسیژن به صورت انبوه است.
در بسیاری موارد برای نگهداری گازهای مایع از قبیل نيتروژن، اکسيژن،آرگون، هليوم و … نیاز به تجهیزاتی است که از انتقال حرارت بین محل ذخیره و یا مسیر انتقال این مایعات به بیرون جلوگیری کند. برای کاهش دادن افت حرارتی و در نتيجه کاهش تبخير مايعات کرايوژنيک تلاش می‌شود که تانک‌ها و مخازن نگهدارنده اين مايعات در محيط عایق تحت خلأ نگهداري شود.
برای جداره‌های مخازن و تجهیزات فوق سرد از عايق‌های متفاوتی استفاده می‌شود که هر کدام در فشار خلأ (وکيوم) خاصی بازدهی مناسب دارند بنابراین مانیتورینگ شرایط واکیوم این نوع تجهیزات تاثیر مهمی در جلوگیری از هدر رفت انرژی و پرت شدن مایعات (گازها) دارد.
مخازن کرایوژنیک
مخازن کرایوژنیک به منظور ذخیره‌ی گازهای صنعتی و آزمایشگاهی همچون اکسیژن، نیتروژن، آرگون، هلیوم، دی اکسید کربن، هیدروژن به کار می‌روند. از این مخازن برای نگهداری گازها در حداکثر فشار کاری ۱۸، ۲۲ و ۳۶ بار و دمای طراحی ۵۰ تا ۱۹۶- سلسیوس استفاده می‌شوند.
با استفاده از مخازن کرایوژنیک گازها را به صورت مایع در دمای بسیار پایین ذخیره می‌کنند. همچنین این مخازن جهت حمل و نقل مایعات گازی نیز استفاده می‌شود. فشار عملیاتی این مخازن ممکن است تا نود درصد حداکثر فشارکاری تنظیم شوند و توسط رگولاتور متصل به مخزن، فشار ثابت بماند.
مخازن کرایوژنیک از دو مخزن تشکیل شده‌اند. مخزن اصلی درون یک مخزن بیرونی قراردارد و فاصله ی این دو مخزن، مواد عایق همچون پرلیت قرار گرفته است. و هوای بین آن از طریق پمپ‌های واکیوم تخلیه شده است.
مخزن داخلی و لوله‌های دورنی آن، از جنس فولاد زنگ‌نزن است که تأثیر به‌سزایی در بالا نگه داشتن خلوص گازها دارد که این امر خود در صنایع مختلف مانند صنایع الکترونیکی، غذایی و دارویی اهمیت بسیاری دارد.
مخازن کرایوژنیک به لحاظ فشار و اندازه مطابق با الزامات توزیع و تجارت استاندارد شده‌اند. این مخازن در هر دو شکل عمودی و افقی ساخته می‌شوند ولی عمدتأ پیکربندی مخازن کرایوژنیک برای اشغال نکردن فضا، عمودی است.
ظرفیت اسمی استاندارد مخازن بزرگ، از 3160 لیتر تا حدود 80000 لیتر را در برمی‌گیرد.
هر مخزن نیز می‌تواند به تبخیرکننده‌ها (وپورایزرها) هم مجهز گردد، عمدتاً از نوع هوای محیط، تا عرضه محصول در فرم گاز در درجه حرارت هوا و با سرعت 120 نیوتن متر مکعب در ساعت ممکن گردد.
دسته‌بندی مخازن کرایوژنیک
مخازن کرایوجنیک بر اساس استفاده به دسته‌های زیر تقسیم‌بندی می‌شود:
- مخزن ثابت
- مخزن مخصوص پمپ‌های گاز برای ارائه محصول به صورت مایع و همین‌طور گاز طبیعی، مجهز به وپورایزر
- مخزن مناسب برای حمل
- مخزن پایه دار قابل جابجایی
- مخزن برای حمل، استوانه‌ای شکل
پمپ خلأ (واکیوم) ابزاری است که با تخلیه مولکول‌های هوا (یا گاز دیگر) از یک محفظهٔ مشخص آب‌بندی شده، یک فشار منفی یا (خلأ نسبی) ایجاد می‌کند.
پمپ‌های خلأ، با اتاقک‌ها و روش‌های عملیاتی گوناگون خود می‌توانند طیف گسترده‌ای از سیستم‌های ایجاد خلأ را به وجود آورند.
وپورایزر برای تبدیل مایعات به گازها کاربرد دارد.
در بعضی کاربری‌ها، گاز را به صورت مایع و با پایین آوردن دمای آن حمل می‌کنند که به هنگام استفاده می‌توان آن را با کمک وپورایزر مجدداً به حالت گاز درآورد.
اندازه‌گیری و مانیتورینگ فشار
برای پر کردن مخازن اکسیژن، نیتروژن و … با درصد خلوص بالا ابتدا نیاز است که هوای موجود مخازن توسط واکیوم تخلیه شود.
برای جداره‌های مخازن کرایوژنیک (فاصله میان مخزن بیرونی و درونی) از عايق‌های متفاوتی استفاده می‌شود که هر کدام در فشار وکيوم خاصي بازدهی مناسب دارند. هوای بین این 2 مخزن باید از طریق پمپ‌های واکیوم و با مانیتورینگ دقیق و خاص تخلیه شود.
ابزارهای اندازه‌گیری در مخازن کرایوژنیک به منظور پایش سطح گازهای کرایوژنیک استفاده می‌شود. ابزارهای اندازه‌گیری فشار معمولاً فشار مطلق یا فشار تفاضلی را نمایش می‌دهند. به کمک ابزاردقیق فشار در مخازن (ترانسمیتر یا گیج فشار) می‌توان میزان فشار قبل و بعد از پمپ را مانیتور کرد.
در این رابطه بخوانید:
در این رابطه بخوانید:
