在深冷造粒技術體系中，液氮（沸點 -
196℃）是實現超低溫環境的核心介質，其獨特的物理特性使其成為絕大多數場景的制冷劑。從塑料脆化到生物活性保留，液氮的應用貫穿于物料冷卻、破碎保護、系統穩定的全流程，具體作用機制與技術邏輯如下：
一、液氮作為制冷劑的核心優勢
液氮能提供 - 196℃的極限低溫，覆蓋幾乎所有物料的脆化點需求：塑料（-40℃至 - 150℃）、橡膠（-70℃至 -
120℃）、生物材料（-30℃至 - 80℃）、特種復合材料（-120℃至 - 196℃）。通過調節液氮噴淋量或接觸時間，可精準控制物料溫度（誤差
±5℃以內），例如 PET 塑料脆化需 - 80℃，僅需將液氮與物料的熱交換時間控制在 30-60
秒即可實現。
液氮由氮氣液化而成（純度≥99.99%），化學性質穩定，不與物料發生反應，尤其適合食品、醫藥等對純度要求嚴苛的領域。例如在中藥提取物造粒中，液氮作為冷卻介質不會污染藥材成分，而若使用其他制冷劑（如氟利昂）可能殘留化學物質。同時，液氮蒸發后回歸氮氣（占空氣
78%），無環保污染風險，符合醫藥 GMP 和食品 HACCP 標準。
液氮的相變潛熱（199.2kJ/kg）遠高于其他低溫介質，每公斤液氮汽化可吸收大量熱量，實現物料的瞬時降溫。例如廢舊輪胎從常溫降至
- 120℃僅需 2-3 分鐘，是傳統機械制冷（如壓縮機制冷）效率的 5-8
倍，尤其適合連續化生產線的高效運作。
二、液氮在不同場景中的應用形式
在需深度脆化的場景（如碳纖維復合材料回收），液氮通過噴嘴直接噴淋在物料表面，形成 “液膜包裹” 效應，瞬間將溫度降至 -
196℃。這種方式降溫速率可達 50℃/ 秒，能快速打破材料內部的分子間作用力，使樹脂基體在 10
秒內完成脆化崩裂，避免纖維因長時間低溫而性能受損。
對熱敏性物料（如益生菌、疫苗），采用液氮間接冷卻 ——
通過不銹鋼冷板或螺旋冷卻管與物料接觸，液氮在密閉腔體中汽化吸熱，將腔體溫度維持在 - 30℃至 - 80℃。例如生物制劑造粒時，凍干塊在 -
80℃冷腔中破碎，既避免液氮直接接觸導致的樣本凍傷，又能保持顆粒活性（活性保留率≥98%）。
針對厚壁或高導熱性物料（如 5cm 輪胎塊），采用 “預冷 - 深冷” 二級液氮系統：第一級用 -
80℃氮氣（液氮汽化產物）預冷 3 分鐘，使物料表層脆化；第二級用 - 120℃液氮噴淋 1 分鐘，深入內核降溫。這種分級模式可減少液氮消耗量（比直接深冷節省
20%-30%），同時避免物料因內外溫差過大產生開裂。
三、液氮與設備系統的協同設計
深冷造粒機的冷卻腔需采用真空絕熱層（厚度
50-100mm）配合多層反射膜，減少液氮冷量流失。例如處理橡膠的冷卻腔，真空度需維持在 1×10?3Pa
以下，使液氮汽化率控制在每小時≤5%，確保連續生產時溫度穩定（波動≤±3℃）。
汽化后的氮氣（-150℃至 - 80℃）仍可二次利用：在塑料回收線中，將 -
80℃氮氣引入破碎腔，形成惰性保護氣氛（防止塑料氧化）；在食品加工中，-50℃氮氣用于顆粒輸送管道的低溫保藏，減少顆粒升溫（溫度回升≤10℃）。通過回收系統，液氮綜合利用率可從
60% 提升至 85% 以上。
液氮系統需配備壓力傳感器（控制汽化壓力
0.1-0.3MPa）、液位計（實時監測液氮余量）、氧含量報警器（防止氮氣泄漏導致氧含量＜19.5%）。例如在醫藥車間，當氧含量降至 18%
時，系統自動切斷液氮供應并啟動通風，確保操作人員安全。
四、液氮替代方案的局限性對比
在少數特殊場景中，雖可采用其他低溫介質（如干冰 - 78.5℃、氟利昂 -
82℃），但局限性顯著：
-
干冰僅能達到 - 78.5℃，無法滿足橡膠（需 - 120℃）、碳纖維（需 -
196℃）等材料的脆化需求，且降溫速率慢（僅為液氮的 1/3）；
-
氟利昂類制冷劑存在環保問題（破壞臭氧層），且與食品、醫藥的接觸合規性不足；
-
機械壓縮制冷（低 - 150℃）設備體積龐大，能耗是液氮系統的 3-5
倍，不適用于移動生產線或小型加工場景。
因此，液氮仍是能兼顧低溫深度、可控性、安全性與經濟性的核心介質，在深冷造粒中占據不可替代的地位。
五、液氮消耗的優化策略
通過紅外測溫實時監測物料溫度，自動調節液氮噴嘴開度（0-100%）。例如處理 EVA 橡膠時，當物料溫度達到 -
90℃脆化點，液氮供應量自動減少 50%，單噸物料耗氮量可控制在 0.8-1.2m3（傳統固定噴淋模式為
1.5-2.0m3）。
對大塊物料（如輪胎、塑料桶），先經撕碎機破碎至 5cm 以下，增大比表面積，減少液氮穿透時間（從 3 分鐘縮短至 1
分鐘），降低單位質量耗氮量。
將深冷造粒機置于 15-20℃恒溫車間，比常溫（25-30℃）環境減少 20%
的液氮消耗，因環境溫差縮小可降低冷量傳導損失。
液氮的應用不僅是
“降溫工具”，更是深冷造粒技術實現產業化的核心支撐。其與物料特性的精準匹配、與設備系統的能效協同，決定了破碎顆粒的質量穩定性與生產經濟性。在未來低溫技術發展中，液氮與新型制冷技術（如脈管制冷）的結合，將進一步拓展深冷造粒的應用邊界。
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