چرا از گاز نیتروژن به عنوان گاز بالانس در میکس ها استفاده میشود؟

سپهر گاز کاویان تولید کننده و تامین کننده گازهای خالص وترکیبی دارای گواهینامه ISO17025 و آزمایشگاه مرجع اداره استاندارد ایران می باشد.جهت خرید گازهای خالص و ترکیبی تماس بگیرید.02146837072 – 09033158778

گازهای صنعتی و آزمایشگاهی نقش مهمی در صنایع مختلف از جمله پتروشیمی، پزشکی، داروسازی، صنایع غذایی، تحقیقات علمی و آزمایشگاه‌های مرجع دارند. در بسیاری از فرآیندها، استفاده از گازهای ترکیبی یا میکس گازی (Gas Mixture) به جای گازهای خالص، به دلیل دستیابی به شرایط کنترل‌شده و دقیق، اهمیت ویژه‌ای پیدا کرده است. در این میان، یکی از مهم‌ترین اجزای ثابت در ترکیب بسیاری از میکس‌های گازی، گاز نیتروژن (N₂) است که به‌عنوان گاز بالانس (Balance Gas) به کار می‌رود. اما چرا نیتروژن این جایگاه ویژه را به دست آورده است و چه ویژگی‌هایی باعث شده تا بیشترین استفاده را در نقش گاز بالانس داشته باشد؟

گاز بالانس چیست و چه نقشی دارد؟

در ترکیبات گازی، دو بخش اصلی وجود دارد:

گاز فعال (Active Gas): گازی که اثر اصلی مورد نیاز در فرآیند یا آزمون را ایجاد می‌کند. مانند اکسیژن در ترکیب‌های تنفسی یا دی‌اکسیدکربن در بسته‌بندی مواد غذایی.

گاز بالانس (Balance Gas): گازی که حجم عمده مخلوط را تشکیل می‌دهد و وظیفه دارد غلظت گاز فعال را به سطح مورد نظر برساند، بدون آنکه تأثیر نامطلوبی بر فرآیند بگذارد.

برای مثال، اگر نیاز به یک مخلوط شامل ۵٪ اکسیژن باشد، ۹۵٪ باقی‌مانده ترکیب باید از یک گاز خنثی پر شود که این گاز معمولاً N₂ انتخاب می‌شود. در واقع گاز بالانس مانند «حامل» عمل می‌کند و حضور آن برای رقیق‌سازی، ایمن‌سازی و پایداری مخلوط ضروری است.

چرا نیتروژن بهترین گزینه برای گاز بالانس است؟

۱. فراوانی در طبیعت

حدود ۷۸٪ از جو زمین از نیتروژن تشکیل شده است. این فراوانی بالا باعث می‌شود استخراج و تولید آن از هوا مقرون‌به‌صرفه باشد. در نتیجه، نیتروژن همیشه در دسترس و اقتصادی‌ترین انتخاب به‌عنوان گاز بالانس است.

۲. خاصیت خنثی بودن شیمیایی

نیتروژن در شرایط معمولی (دما و فشار استاندارد) واکنش‌پذیری بسیار پایینی دارد. این ویژگی سبب می‌شود هنگام ترکیب با سایر گازها، از نظر شیمیایی تأثیر منفی نگذارد و غلظت گاز فعال را تغییر ندهد.

۳. ایمنی بالا

در مقایسه با سایر گازها مانند هیدروژن یا اکسیژن، N₂ غیرقابل‌اشتعال است و خطر انفجار یا آتش‌سوزی ایجاد نمی‌کند. این موضوع آن را به گزینه‌ای ایمن برای حمل، نگهداری و استفاده در محیط‌های صنعتی تبدیل کرده است.

۴. بی‌اثر بودن فیزیولوژیکی در غلظت‌های پایین

N₂ در تنفس معمولی برای انسان بی‌خطر است و اثر سمی خاصی ندارد، مگر در غلظت‌های بسیار بالا که می‌تواند باعث خفگی شود. این ویژگی باعث شده در ترکیبات تنفسی، پزشکی و آزمایشگاهی به‌طور گسترده به‌عنوان بالانس استفاده شود.

۵. قیمت مناسب

هزینه تولید نیتروژن نسبت به گازهای دیگر پایین‌تر است، چرا که می‌توان آن را از طریق تقطیر جزءبه‌جزء هوا یا حتی تولید در محل (On-site Generation) با استفاده از ژنراتورهای PSA و غشاهای جداسازی به دست آورد.

۶. سازگاری با تجهیزات و استانداردها

نیتروژن با اغلب تجهیزات گازرسانی و سیلندرها سازگار است و در استانداردهای بین‌المللی (مانند ISO و ASTM) به‌عنوان گاز مرجع و بالانس پذیرفته شده است.

کاربردهای N₂ به‌عنوان گاز بالانس

۱. صنایع نفت، گاز و پتروشیمی

در صنایع هیدروکربنی، برای کالیبراسیون تجهیزات اندازه‌گیری و آنالیزورهای گازی، میکس‌هایی از متان، پروپان یا هیدروژن در غلظت‌های پایین در N₂ تهیه می‌شود. در این حالت نیتروژن نقش بالانس را دارد.

۲. پزشکی و داروسازی

در تولید مخلوط‌های تنفسی مانند N₂O/O₂ یا CO₂/O₂، گاز N₂ به‌عنوان گاز بالانس استفاده می‌شود. همچنین در داروسازی برای تهیه محیط‌های بی‌اثر در ترکیب با سایر گازها کاربرد دارد.

۳. صنایع غذایی

در بسته‌بندی مواد غذایی، مخلوطی از CO₂ و O₂ در نیتروژن استفاده می‌شود تا ماندگاری محصولات افزایش یابد. نیتروژن با ایجاد اتمسفر محافظ، جلوی رشد باکتری‌ها و فساد مواد را می‌گیرد.

۴. آزمایشگاه‌ها و کالیبراسیون تجهیزات

مهم‌ترین کاربرد نیتروژن به‌عنوان بالانس، در گازهای کالیبراسیون است. مثلاً برای کالیبراسیون دتکتورهای گاز CO یا CH₄، مخلوط‌هایی در حد ppm تا % در نیتروژن تهیه می‌شود.

۵. جوشکاری و برشکاری صنعتی

در برخی گازهای میکس برای جوشکاری MIG و TIG، N₂ به‌عنوان گاز بالانس همراه با آرگون یا CO₂ استفاده می‌شود تا کیفیت قوس و جوش را بهبود دهد.

مقایسه نیتروژن با سایر گازهای بالانس
گاز بالانس مزایا معایب موارد کاربرد
نیتروژن (N₂) فراوان، ارزان، ایمن، خنثی در غلظت بالا خطر خفگی رایج‌ترین انتخاب
آرگون (Ar) کاملاً بی‌اثر، سنگین‌تر از هوا قیمت بالا در تحلیل‌های خاص GC و اسپکتروسکوپی
هلیوم (He) سبک، رسانایی حرارتی بالا بسیار گران، کمیاب آنالیز GC، کاربردهای آزمایشگاهی خاص
دی‌اکسیدکربن (CO₂) قیمت مناسب، کاربرد در غذا واکنش‌پذیری نسبی، خاصیت اسیدی MAP و نوشیدنی‌ها

همان‌طور که مشاهده می‌شود، N₂ به دلیل ترکیب بهینه از هزینه پایین، ایمنی، و کارایی بهترین گزینه است.

استانداردها و الزامات کیفی در استفاده از N₂ بالانس

برای اینکه نیتروژن به‌عنوان گاز بالانس مورد استفاده قرار گیرد، باید الزامات کیفی مشخصی را رعایت کند:

خلوص بالا: بسته به کاربرد، خلوص N₂ باید از ۹۹٫۹٪ تا ۹۹٫۹۹۹٪ باشد.

کنترل رطوبت و ناخالصی‌ها: میزان CO₂، O₂ و H₂O در N₂ باید بسیار پایین باشد تا ترکیب نهایی تحت تأثیر قرار نگیرد.

تأییدیه ISO 17025: برای گازهای کالیبراسیون، آزمایشگاه تولیدکننده باید دارای تأییدیه ISO/IEC 17025 باشد.

نکات ایمنی در استفاده از نیتروژن

هرچند نیتروژن غیرسمی است، اما به دلیل جابه‌جایی اکسیژن می‌تواند باعث خفگی شود. بنابراین تهویه مناسب در محیط‌های بسته ضروری است.

استفاده از دتکتور اکسیژن در محیط‌هایی که حجم بالای N₂ مصرف می‌شود، الزامی است.

سیلندرهای نیتروژن باید به‌درستی رنگ‌آمیزی و برچسب‌گذاری شوند (رنگ استاندارد: خاکستری روشن با نوشته سیاه).

گاز N₂ به دلیل فراوانی در جو زمین، هزینه تولید پایین، خنثی بودن شیمیایی، ایمنی بالا و قابلیت انطباق با استانداردهای جهانی، بهترین گزینه برای گاز بالانس در میکس‌های گازی محسوب می‌شود. چه در صنایع نفت و گاز، چه در پزشکی و چه در صنایع غذایی، نقش نیتروژن به‌عنوان گاز پایه، غیرقابل‌جایگزین است. هرچند گازهایی مانند آرگون و هلیوم نیز در شرایط خاص به‌عنوان بالانس استفاده می‌شوند، اما به دلیل قیمت بالا و محدودیت دسترسی، هیچ‌کدام نتوانسته‌اند جایگاه نیتروژن را به‌عنوان گاز بالانس اصلی به خطر بیندازند.