کرایوژنیک (مادون سرد) Cryogenic
واژه کرایوژنیک (کرایوجنیک، مادون سرد) به معنی مطالعه تولید و رفتار مواد در دمای بسیار پایین است.
کرایوژنیک شاخه ای از علم فیزیک است که شرایط تولیدی و تاثیراتی دمای فوق سرد یا مادون سرد را شامل می شود.در این حالت تمام تجهیزات باید قابلیت کار با این دما ها را داشته باشند.
یکی از پرکاربردترین بخش های این پدیده فرآیندیست 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 حرارتي و در نتيجه کاهش تبخير مايعات کرايوژنيک سعي مي شود که ظروف و مخازن نگهدارنده اين مايعات در محيط عایق تحت خلأ نگهداري شود.
برای جداره های مخازن و تجهیزات فوق سرد از عايق هاي متفاوتي استفاده می شود که هر کدام در فشار وکيوم خاصي بازدهي مناسب دارند لذا مانیتورینگ شرایط واکیوم این نوع تجهیزات تاثیر مهمی در جلوگیری از هدر رفت انرژی و پرت شدن مایعات (گازها) دارد.
مخازن کرایوژنیک
مخازن کرایوژنیک (Cryogenic supply systems) ، جهت ذخیره گازهای صنعتی و آزمایشگاهی همچون اکسیژن ، نیتروژن، آرگون، هلیوم، دی اکسید کربن، هیدروژن بکار می‌روند. از این مخازن برای نگهداری گازها در حداکثر فشار کاری ۱۸، ۲۲ و ۳۶ بار دمای طراحی ۵۰ تا ۱۹۶- درجه سانتی گراد استفاده می شوند. با استفاده از مخازن کرایوژنیک گاز ها را بصورت مایع در دمای بسیار پایین ذخیره می کنند. 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 رگلاتور متصل به مخزن، فشار ثابت بماند.
مخازن کرایوژنیک از دو مخزن تشکیل شده اند. 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 پمپ های واکیوم تخلیه شده است.
مخزن داخلی و لوله های دورنی آن، از جنس فولاد زنگ‌نزن است که تاثیر بسزایی 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 شده اند. این مخازن در هر دو شکل عمودی و افقی ساخته میشوند ولی عمدتا پیکر بندی 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 می تواند به تبخیر کننده ها (واپرایزرها) 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.
تقسیم بندی مخازن کرایوژنیک بر اساس استفاده
1. مخزن ثابت.
2. مخزن مخصوص پمپ های گاز برای ارائه محصول به صورت مایع و همین طور گاز طبیعی، مجهز به واپرایزر.
3. مخزن مناسب برای حمل.
4. مخزن پایه دار قابل جابجایی.
5. مخزن برای حمل، استوانه ای شکل.
پمپ وکیوم ابزاریست 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.
واپرایزر 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 ویپرایزر مجدداً به حالت گاز درآورد.
از جمله کاربرد سنسور فشار های خلاء عبارتند از :
برای پر کردن مخازن اکسیژن، نیتروژن و … با درصد خلوص بالا ابتدا نیاز است که هوای موجود مخازن توسط واکیوم تخلیه شود.
برای جداره های مخازن کرایوژنیک (فاصله میان مخزن بیرونی و درونی) از عايق هاي متفاوتي استفاده می شود که هر کدام در فشار وکيوم خاصي بازدهي مناسب دارند.هوای بین این 2 مخزن باید از طریق پمپ های واکیوم و با مانیتورینگ دقیق و خاص تخلیه شود. سنسور فشار وکیوم برای نظارت بر این فرآیندها کاربرد دارد.
