1. Aplicación en la industria química
Sistema de reacción de alta presión: en algunas reacciones de síntesis química, como las reacciones de hidrogenación a alta presión, es necesario comprimir el nitrógeno a una presión más alta para proporcionar un entorno inerte que evite explosiones durante la reacción. El compresor de pistón puede generar alta presión, lo que puede aumentar la presión del nitrógeno a decenas de MPa o incluso más, cumpliendo con los requisitos del entorno de alta presión dentro del reactor. Por ejemplo, en la industria del amoníaco sintético, el nitrógeno es una de las materias primas que deben comprimirse mediante un compresor de pistón antes de la reacción y luego mezclarse con hidrógeno para reaccionar a alta temperatura, alta presión y catalizador.
Suministro de gas de bajo flujo: en laboratorios químicos o pequeñas instalaciones químicas, cuando se requiere un suministro de nitrógeno de alta presión y bajo flujo, los compresores de pistón son una buena opción. Puede controlar con precisión la salida y la presión del nitrógeno, proporcionando una fuente de nitrógeno estable para experimentos o producción a pequeña escala. Por ejemplo, en el proceso de investigación y desarrollo de algunos productos químicos finos, se necesita una pequeña cantidad de nitrógeno de alta pureza para purgar, reemplazar o como gas protector. Los compresores de pistón pueden satisfacer esta demanda de pequeño caudal y alta presión.
2. Aplicación en la industria electrónica
Proceso de fabricación de chips: En el proceso de fabricación de chips semiconductores, existen requisitos estrictos sobre la pureza y la presión del nitrógeno. En algunos pasos específicos del proceso, como la litografía, el grabado y la limpieza de chips, se requiere nitrógeno de alta pureza y presión estable. El compresor puede comprimir nitrógeno a una presión adecuada y proporcionar el nitrógeno necesario para la fabricación de chips a través de un sistema de filtración y purificación apropiado. Por ejemplo, en el proceso de fotolitografía, se utiliza nitrógeno como gas portador, y la presión estable proporcionada por el compresor de pistón puede garantizar que la fotorresistencia se cubra uniformemente sobre la superficie de la oblea de silicio, lo que garantiza la precisión de la fabricación del chip.
3. Aplicación en la industria alimentaria
Envasado de alimentos: Durante el proceso de envasado de alimentos, es necesario comprimir nitrógeno y llenarlo en bolsas de envasado de alimentos para prolongar la vida útil de los alimentos. El compresor de pistón puede comprimir el nitrógeno a una presión adecuada para que pueda llenarse suavemente en la bolsa de envasado, eliminando el oxígeno en la bolsa y evitando que los alimentos se oxiden y se humedezcan. Por ejemplo, en el envasado de snacks como patatas fritas y frutos secos, el nitrógeno comprimido por el compresor de pistón puede llenar completamente la bolsa de envasado, protegiendo el alimento y prolongando su vida útil.
4. Aplicación en la industria metalúrgica
Protección de la fundición de metales: Durante el proceso de fundición de metales no ferrosos como el aluminio y el cobre, se requiere nitrógeno para evitar la oxidación del metal. El compresor de pistón puede comprimir el nitrógeno y entregarlo por encima del horno, formando una capa protectora de nitrógeno en la superficie del metal fundido. Por ejemplo, durante el proceso de fundición de aluminio, el nitrógeno proporcionado por el compresor de pistón puede reducir eficazmente el contacto entre el aluminio líquido y el oxígeno, reducir la pérdida por oxidación del metal y mejorar la calidad del producto.
Mezcla y aleación en la producción de acero: Durante el proceso de fabricación de acero, se pueden utilizar compresores de pistón para inyectar nitrógeno en el acero fundido, revolviéndolo y haciendo que su composición sea más uniforme. Al mismo tiempo, en la producción de algunos aceros especiales, también se puede añadir nitrógeno al acero como elemento de aleación. El compresor de pistón puede controlar la presión y el flujo de nitrógeno para garantizar el progreso sin problemas del proceso de aleación.
El principio de funcionamiento del compresor de pistón que comprime nitrógeno industrial se basa en la compresibilidad del gas, que se consigue mediante el movimiento alternativo del pistón en el cilindro. El proceso específico es el siguiente:
1. Proceso de expansión: El pistón se aleja de las válvulas de admisión y escape, el volumen del cilindro aumenta y la presión disminuye. El aire residual que queda en el cilindro del ciclo anterior continúa expandiéndose y la presión disminuye, creando las condiciones para el próximo proceso de admisión.
2. Proceso de admisión: cuando la presión en el cilindro es ligeramente inferior a la presión del nitrógeno en el tubo de admisión, el nitrógeno en el tubo de admisión abre la válvula de admisión y entra en el cilindro. A medida que el pistón continúa moviéndose, el gas continúa ingresando al cilindro hasta que el pistón alcanza el final de su carrera. En este momento, la cantidad de nitrógeno inhalado depende de factores como el volumen del cilindro y la presión de admisión.
3. Proceso de compresión: El pistón gira hacia atrás y el volumen del cilindro disminuye gradualmente. Debido a la función antirretroceso de la válvula de admisión, el nitrógeno en el cilindro no puede fluir de regreso al tubo de admisión, la presión de aire en el tubo de salida es más alta que la presión de aire en el cilindro y el gas en el cilindro no puede escapar. Desde la válvula de escape hasta el exterior del cilindro. La cantidad de nitrógeno en el cilindro se mantiene constante. A medida que el pistón continúa moviéndose, el volumen en el cilindro continúa reduciéndose, lo que hace que la presión del nitrógeno continúe aumentando.
4. Proceso de escape: A medida que el pistón se mueve, la presión del nitrógeno comprimido continúa aumentando hasta que es ligeramente superior a la presión en el tubo de escape. El nitrógeno en el cilindro empuja el resorte de la válvula de escape y entra en el tubo de escape, expulsando continuamente el aire. hasta que el pistón se mueva hasta el final de esta carrera.
El pistón se mueve alternativamente de forma continua dentro del cilindro, lo que hace que los cuatro procesos anteriores se ejecuten en ciclos, logrando así una compresión continua del nitrógeno industrial. Para mejorar la eficiencia de compresión y cumplir con diferentes requisitos de presión, los compresores de pistón en aplicaciones reales pueden adoptar una compresión de múltiples etapas, es decir, el nitrógeno pasa a través de múltiples cilindros en secuencia y se comprime gradualmente en cada cilindro para alcanzar la presión de nitrógeno requerida.
Ventajas y desventajas de los compresores de pistón
1. Ventajas
Amplio rango de presión: los compresores de pistón pueden proporcionar una salida de alta presión. A través de la compresión en múltiples etapas, los gases como el nitrógeno se pueden comprimir a alta presión. La presión máxima puede alcanzar varios cientos de MPa. Se utilizan ampliamente en escenarios industriales que requieren alta presión. gas a presión. Por ejemplo, en el proceso químico de la reacción de hidrogenación a alta presión, los compresores de pistón pueden comprimir nitrógeno para cumplir con los requisitos del entorno de alta presión dentro del recipiente de reacción, proporcionando un entorno inerte seguro para la reacción.
Alta flexibilidad: el rango de ajuste del desplazamiento de los compresores de pistón es amplio. Al cambiar la carrera y la velocidad del pistón o usar un dispositivo de ajuste del volumen de gas, el flujo y la presión del gas de salida se pueden ajustar de manera flexible dentro de un rango determinado para satisfacer diferentes requisitos de trabajo. Por ejemplo, en un entorno de laboratorio, cuando se requiere un caudal pequeño y un suministro de nitrógeno a alta presión, un compresor de pistón puede controlar con precisión la salida y la presión del nitrógeno para proporcionar una fuente de gas estable para el experimento.
Gran adaptabilidad: los compresores de pistón tienen una cierta tolerancia a las propiedades y al contenido de impurezas del gas comprimido, y pueden manejar nitrógeno industrial que contenga una pequeña cantidad de impurezas. Los requisitos de pureza y humedad del nitrógeno no son tan estrictos como los de los compresores centrífugos, que En algunas ocasiones en las que los requisitos de pretratamiento de gas no son altos, como la producción industrial a pequeña escala o los escenarios de aplicación general de nitrógeno, puede funcionar de manera relativamente estable.
Estructura simple: La estructura básica de un compresor de pistón es relativamente intuitiva y se compone principalmente de un cilindro, un pistón, una válvula de admisión, una válvula de escape y un mecanismo de biela de cigüeñal. Esta estructura simple hace que su proceso de fabricación sea relativamente maduro y el costo es relativamente bajo y, en términos de mantenimiento y reparación, es relativamente fácil para los técnicos comprender su principio de funcionamiento y estructura, y es relativamente conveniente reparar y reemplazar piezas.
2. Desventajas
El gas contiene aceite: Durante el funcionamiento del compresor de pistón, se necesita aceite lubricante para la lubricación y el sellado entre el pistón y la pared del cilindro, lo que provocará la presencia de aceite lubricante en el gas comprimido. En algunas aplicaciones industriales que requieren una pureza de gas extremadamente alta, como la industria de fabricación de chips electrónicos, estas manchas de aceite pueden tener un impacto grave en la calidad del producto. Por lo tanto, se requiere un tratamiento complejo de purificación de gas después de la compresión para eliminar las manchas de aceite.
Escape discontinuo: El escape del compresor de pistón es intermitente y el proceso de escape es periódico a medida que el pistón se mueve hacia adelante y hacia atrás. Esto provocará ciertas fluctuaciones en la presión del gas. En algunos escenarios de aplicación que requieren una alta estabilidad de la presión del gas, como las reacciones continuas en la producción química de precisión, dichas fluctuaciones de presión pueden tener un efecto adverso en el sistema de tuberías o en las reacciones químicas en curso, e incluso pueden provocar fallas en las piezas mecánicas.
Muchas piezas de desgaste: los compresores de pistón tienen muchas piezas móviles, como anillos de pistón, válvulas de aire, zapatas de biela, etc., que son propensas a desgastarse durante el movimiento alternativo a largo plazo y el funcionamiento frecuente. Se requiere un mantenimiento regular de las piezas de desgaste. y reemplácelo, de lo contrario afectará el rendimiento y la vida útil del compresor. Además, la gran cantidad de piezas de desgaste también aumenta la carga de trabajo y el coste de mantenimiento.
Límite de velocidad: Dado que el modo de trabajo de un compresor de pistón es el movimiento alternativo del pistón en el cilindro, su velocidad está sujeta a ciertas restricciones. En comparación con los compresores centrífugos, los compresores de pistón pueden tener mayores dimensiones y espacio con los mismos requisitos de desplazamiento, lo que puede causar inconvenientes en algunos sitios industriales con espacio limitado.
