አርጎን ፣ በሁሉም ቦታ የሚገኝ ግን የማይታይ አካል ፣ በግምት 0.93% የምድርን ከባቢ አየር ይይዛል። በምንተነፍሰው አየር ውስጥ ሦስተኛው ከፍተኛ መጠን ያለው ጋዝ ቢሆንም፣ ለኢንዱስትሪ፣ ለህክምና እና ሳይንሳዊ አፕሊኬሽኖች መጠቀም ውስብስብ ምህንድስና ይጠይቃል። በሴሚኮንዳክተር ማምረቻ ወቅት ስስ የሆኑ የሲሊኮን ዋይፎችን ለመጠበቅ ከፍተኛ ሙቀት ባለው ብየዳ ውስጥ ካሉት ቅስቶች አንስቶ የዚህ የተከበረ ጋዝ ፍላጎት እጅግ በጣም ብዙ ነው። ይሁን እንጂ በጋዝ ሁኔታ ውስጥ ማጓጓዝ እና ማከማቸት በጣም ውጤታማ አይደለም. ይህ መሠረታዊ የሆነ የኢንዱስትሪ ጥያቄ ያስነሳል። የአርጎን ጋዝ እንዴት እንደሚፈስ ዓለም አቀፍ ፍላጎቶችን በብቃት ለማሟላት?

መልሱ ክሪዮጅኒክ አየር መለያየት ተብሎ በሚታወቀው ውስብስብ ሂደት ውስጥ ነው። ይህ ባለ 2,000 ቃላት አጠቃላይ መመሪያ የከባቢ አየር አየርን ወደ ከፍተኛ የተጣራ፣ ክሪዮጅኒክ ፈሳሽ አርጎን (LAR) ለመለወጥ የሚያስፈልጉትን ቴርሞዳይናሚክስ መርሆዎች፣ ሜካኒካል ምህንድስና እና ኬሚካላዊ የማጥራት እርምጃዎችን በጥልቀት ያጠናል።

1. የአርጎን እና የፈሳሽ ፍላጎትን መረዳት

ወደ ፈሳሽ መካኒኮች ከመጥለቅዎ በፊት, አርጎን ምን እንደሆነ እና ለምን የፈሳሽ ሂደቱ በኢኮኖሚ እና በተግባራዊ ሁኔታ አስፈላጊ እንደሆነ መረዳት በጣም አስፈላጊ ነው.

አርጎን (አር) ሞኖቶሚክ፣ በኬሚካል የማይነቃቀል ክቡር ጋዝ ነው። ቀለም የሌለው, ሽታ የሌለው እና መርዛማ አይደለም. በከፍተኛ ሙቀት ውስጥም ቢሆን ከሌሎች ንጥረ ነገሮች ጋር ምላሽ ስለማይሰጥ ለብረታ ብረት ሂደቶች ተስማሚ የሆነ የከባቢ አየር መከላከያ ነው.

አርጎን ለምን ይቀልጣል?

ማንኛውንም የከባቢ አየር ጋዝ ለማፍሰስ ዋናው ምክንያት የድምፅ መጠን መቀነስ ነው. በመደበኛ የከባቢ አየር ግፊት ከጋዝ ወደ ክሪዮጅኒክ ፈሳሽ ሲቀየር አርጎን ከ 1 እስከ 840 ከፍተኛ የማስፋፊያ ጥምርታ ይደርሳል። ፈሳሽ አርጊን. ይህ አስደናቂ የድምፅ መጠን መቀነስ ወጪ ቆጣቢ የጅምላ ማጓጓዣን በክሪዮጅኒክ ታንከር መኪኖች እና በኢንዱስትሪ ተቋማት ውስጥ ቫክዩም በተነጠቁ ታንኮች ውስጥ ቀልጣፋ ማከማቻ እንዲኖር ያስችላል።

የአርጎን አካላዊ ባህሪያት

ጋዝን ወደ ፈሳሽ ለመቀየር መሐንዲሶች ከቴርሞዳይናሚክስ ባህሪያቱ ጋር በቅርበት መስራት አለባቸው። ከዚህ በታች የፈሳሽ መለኪያዎችን የሚወስኑ ወሳኝ የአካላዊ መረጃ ነጥቦች አሉ።

2. የመሠረት ሳይንስ: ክሪዮጅኒክ አየር መለያየት

አርጎን አልተሰራም ወይም አልተሰራም; በዙሪያችን ካለው አየር በቀጥታ ይሰበሰባል. ይህንን ለማግኘት ጥቅም ላይ የዋለው አጠቃላይ ቴክኖሎጂ ነው። ክሪዮጀኒክ ክፍልፋይ distillation.

ይህ ሂደት በመሠረታዊ የኬሚስትሪ መርህ ላይ የተመሰረተ ነው-የተለያዩ ንጥረ ነገሮች ሁኔታን (ኮንደንስ ወይም ቡል) በተለያየ የሙቀት መጠን ይለውጣሉ. ፈሳሽ እስኪሆን ድረስ የከባቢ አየርን በማቀዝቀዝ እና የሙቀት መጠኑን ቀስ በቀስ በመጨመር መሐንዲሶች የአየር ውህዱን አንድ በአንድ እየፈሉ ወደ ቤዝ ክፍሎቹ ማለትም ናይትሮጅን፣ ኦክሲጅን እና አርጎን መለየት ይችላሉ።

የአርጎን መለያየት ፈተና

የአርጎን መለያየት በሚፈላበት ቦታ በጣም አስቸጋሪ ነው. የሶስቱን ዋና የከባቢ አየር ክፍሎች የመፍላት ነጥቦችን ይመልከቱ።

3. የደረጃ በደረጃ ሂደት: አየር እንዴት ፈሳሽ አርጎን እንደሚሆን

ከከባቢ አየር ወደ ክሪዮጅኒክ ፈሳሽ አርጎን የሚደረገው ጉዞ ባለብዙ ደረጃ የአየር መለያየት ክፍል (ASU) ያካትታል። የሂደቱ ዝርዝር ደረጃ በደረጃ ዝርዝር እነሆ።

ደረጃ 1፡ የአየር ቅበላ፣ መጭመቂያ እና ማጣሪያ

ሂደቱ የሚጀምረው በጥሬው ነው-የከባቢ አየር አየር.
ግዙፍ የኢንዱስትሪ ደጋፊዎች ብናኝ፣ አቧራ እና ነፍሳትን ለማስወገድ ባለ ብዙ ደረጃ ማጣሪያ ቤቶች አየርን ይጎትታሉ። ከተጣራ በኋላ አየር ወደ ባለ ብዙ ደረጃ ሴንትሪፉጋል መጭመቂያ ውስጥ ይገባል. አየሩ በግምት ከ 5 እስከ 7 ባር (ከ 70 እስከ 100 psi) ባለው ግፊት ተጨምቋል።

ጋዝን መጭመቅ በተፈጥሮ ከፍተኛ ሙቀት ይፈጥራል (የመጨመቂያው ሙቀት)። ይህንን ለማስተዳደር, intercoolers በጨመቁ ደረጃዎች መካከል ይቀመጣሉ. በዚህ ደረጃ አየሩን ማቀዝቀዝ ከፍተኛ መጠን ያለው የከባቢ አየር እርጥበት (የውሃ ትነት) ወደ ውጭ እንዲወጣ ያደርገዋል፣ ይህም በኋላ ይጠፋል።

ደረጃ 2: በሞለኪዩላር ሲቭስ በኩል ማጽዳት

አየሩ ወደ ክሪዮጅኒክ የሙቀት መጠን ከመውሰዱ በፊት የቧንቧ መስመሮችን የሚቀዘቅዙ እና የሚገታ ቆሻሻዎች በሙሉ መወገድ አለባቸው። እነዚህ ቆሻሻዎች በዋናነት የሚከተሉትን ያካትታሉ:

• ቀሪ የውሃ ትነት (H2O)
• ካርቦን ዳይኦክሳይድ (CO2)
• የሃይድሮካርቦኖች መከታተያ

የተጨመቀው አየር የአልሙኒየም እና የዚዮላይት ሞለኪውላዊ ወንፊት አልጋዎችን ያካተተ በቅድመ-ንፅህና አሃድ (PPU) ውስጥ ያልፋል. እነዚህ ወንፊት እርጥበት እና የካርቦን ካርቦሃይድሬትስ (CO2) ሞለኪውሎችን የሚያሟሉ በጣም የተመረጡ ጥቃቅን ስፖንጅዎች ሆነው ያገለግላሉ። ይህ እርምጃ ካልተሳካ፣ CO2 እና ደረቅ በረዶ በእጽዋቱ ውስጥ ጠልቀው ይቀመጣሉ፣ ስስ የሙቀት መለዋወጫዎችን ይዘጋሉ እና ሙሉ በሙሉ መዘጋት ያስፈልጋቸዋል።

ደረጃ 3፡ እጅግ በጣም ቀዝቃዛ እና መስፋፋት።

ደረቅ ፣ የተጣራ እና የታመቀ አየር አሁን ወደ “ቀዝቃዛ ሣጥን” ውስጥ ይገባል ፣ ይህም በከፍተኛ ሁኔታ የታሸገ መዋቅር የክሪዮጅኒክ ሙቀት መለዋወጫዎችን እና የመርጋት አምዶችን ይይዛል።

የማቀዝቀዣው ሂደት ጥቅም ላይ ይውላል Joule-Thomson ውጤት እና ሜካኒካዊ መስፋፋት. የሚመጣው ሞቃት አየር በዋና የሙቀት መለዋወጫ ውስጥ ያልፋል፣ በተቃራኒ-ወቅት የሚፈሰው እጅግ በጣም ቀዝቃዛ የሆኑ ጋዞች (ናይትሮጅን እና ኦክሲጅን) ከመጥፎ አምዶች የሚመለሱ ናቸው። ይህ መጪውን የአየር ሙቀት በከፍተኛ ሁኔታ ይቀንሳል.

እውነተኛ ክሪዮጀኒካዊ ሙቀትን (ከ -170 ዲግሪ ሴንቲግሬድ በታች) ለማግኘት ፣ የታመቀው አየር የተወሰነ ክፍል በቱርቦ-ማራዘሚያ በኩል ይተላለፋል። ከፍተኛ-ግፊት ጋዝ በተርባይን ውስጥ በፍጥነት ሲሰፋ, የሜካኒካል ስራዎችን ያከናውናል, ይህም በጋዝ ሙቀት ውስጥ ከፍተኛ መጠን እንዲቀንስ ያስገድዳል. አየር ከሙቀት መለዋወጫ እና ማስፋፊያ በሚወጣበት ጊዜ, ለመለያየት ዝግጁ የሆነ በማይታመን ሁኔታ ቀዝቃዛ ትነት እና ፈሳሽ አየር ድብልቅ ነው.

ደረጃ 4፡ የመጀመሪያ ደረጃ ክፍልፋይ (HP እና LP አምዶች)

የፈሳሽ ሂደቱ ልብ ባለ ሁለት-አምድ የስርጭት ስርዓት ሲሆን ከፍተኛ ግፊት (HP) ከዝቅተኛ-ግፊት (LP) አምድ ስር ተቀምጧል።

1. ከፍተኛ-ግፊት አምድ፡ የንዑስ-ቀዝቃዛ ፈሳሽ / የእንፋሎት አየር ድብልቅ በ HP አምድ ግርጌ ውስጥ ይገባል. ፈሳሹ ወደ ታች ሲወድቅ እና እንፋሎት በተቦረቦሩ የወንፊት ትሪዎች በኩል ሲወጣ, የመጀመሪያው መለያየት ይከሰታል. ናይትሮጅን, ዝቅተኛው የመፍላት ነጥብ, እንደ ጋዝ ወደ ላይ ይወጣል. ከታች በኩል በኦክሲጅን የበለጸገ ፈሳሽ (አብዛኞቹን የአርጎን) ገንዳዎች.
2. ዝቅተኛ ግፊት አምድ፡ ከ HP አምድ ስር ያለው ኦክሲጅን የበለፀገ ፈሳሽ በላዩ ላይ ባለው የ LP አምድ ውስጥ ተጨምቆ (የተዘረጋ) ነው። በዝቅተኛ ግፊት ምክንያት, ተጨማሪ መለያየት ይከናወናል. በ LP አምድ ግርጌ ላይ ንጹህ ፈሳሽ ኦክሲጅን ገንዳዎች፣ ንጹህ ናይትሮጅን ጋዝ ደግሞ ከላይ ይወጣል።

ደረጃ 5፡ የአርጎን ጎን-ክንድ አምድ

የአርጎን የመፍላት ነጥብ በኦክሲጅን እና በናይትሮጅን መካከል ስለሚቀመጥ ዝቅተኛ ግፊት ባለው አምድ ዝቅተኛ መካከለኛ ክፍል ላይ ያተኩራል. ከፍተኛ ትኩረት በሚሰጥበት ጊዜ, በዚህ ልዩ የአምዱ "ሆድ" ውስጥ ያለው የጋዝ ድብልቅ ከ 10% እስከ 12% አርጎን, የተቀረው ኦክሲጅን እና ትንሽ የናይትሮጅን መገኛ ነው.

እሱን ለማውጣት መሐንዲሶች ይህንን ልዩ ክፍል ይንኩ እና ድብልቁን ወደ ተለየ ተያያዥ መዋቅር ይሳሉት የአርጎን ጎን-ክንድ አምድ.
በዚህ በሚያስደንቅ ረጅም ዓምድ ውስጥ (ብዙውን ጊዜ ከ150 በላይ የቲዎሬቲካል ትሪዎችን ይይዛል)፣ ሁለተኛ ደረጃ መበታተን ይከሰታል። አርጎን ከኦክሲጅን ይልቅ በትንሹ ተለዋዋጭ (ይቀልላል) ስለሆነ የአርጎን ትነት ወደ የጎን ዓምድ አናት ላይ ይወጣል, ከባዱ ፈሳሽ ኦክሲጅን ወደ ታች ይወድቃል እና ወደ ዋናው LP አምድ ይመለሳል.

ከጎን-ክንድ ዓምድ አናት ላይ የሚወጣው ነገር "ክሩድ አርጎን" በመባል ይታወቃል. በዚህ ደረጃ, በተሳካ ሁኔታ ፈሳሽ ነው ነገር ግን 98% ንጹህ ብቻ ነው. አሁንም በግምት 2% ኦክሲጅን እና የናይትሮጅን መጠን ይይዛል፣ ይህም ለኢንዱስትሪ አገልግሎት መወገድ አለበት።

4. መንጻት፡ ክሩድን ወደ ከፍተኛ ንፅህና ፈሳሽ አርጎን ማሻሻል

ለዘመናዊ አፕሊኬሽኖች በተለይም በሴሚኮንዳክተር እና በአይሮስፔስ ኢንዱስትሪዎች ውስጥ አርጎን "አምስት ዘጠኝ" ንጹህ (99.999%) መሆን አለበት. ጥሬው አርጎን ጥብቅ ጽዳት ማድረግ አለበት.

የ"Deoxo" ካታሊቲክ ሂደት

የቀረውን 2% ኦክሲጅን ለማስወገድ፣ ድፍድፍ አርጎን ዲኦክሶ ዩኒት (Deoxo unit) በመባል ወደ ሚታወቀው ካታሊቲክ ሬአክተር ይወሰዳሉ። በውስጡ, በጣም ንጹህ ሃይድሮጂን ጋዝ ወደ ፈሳሽ ጅረት ውስጥ ይገባል.
ፓላዲየም ወይም ፕላቲነም ካታላይስት በሚኖርበት ጊዜ ሃይድሮጂን በኬሚካላዊ ምላሽ ከሮግ ኦክሲጅን ሞለኪውሎች ጋር ወደ ውሃ ይመሰረታል (2H)₂ + ኦ₂ → 2ኤች₂ኦ) ይህ ምላሽ ትንሽ ሙቀትን ያስወጣል, ለአፍታም አርጎን ወደ ጋዝ ይለውጣል.

የመጨረሻ ማድረቅ እና መፍጨት

አዲስ የተፈጠሩትን የውሃ ሞለኪውሎች ለማስወገድ ጋዙ በሁለተኛ ሞለኪውላዊ ወንፊት ይለፋሉ። በመጨረሻም ደረቅ, ከኦክስጅን ነፃ የሆነ የአርጎን ጋዝ ወደ መጨረሻው የመጥለያ አምድ - ንጹህ የአርጎን አምድ ውስጥ ይመገባል።

እዚህ, አርጎን እንደገና ወደ ፈሳሽ ሁኔታ እስኪቀላቀል ድረስ አንድ ጊዜ ይቀዘቅዛል. በፈሳሽ የአርጎን የሙቀት መጠን በጋዝ የሚቀረው ማንኛውም ቀሪ ናይትሮጅን ከአምዱ አናት ላይ ይወጣል። ከታች ያለው የውጤት ክምችት በጣም የተጣራ, እጅግ በጣም ቀዝቃዛ ፈሳሽ አርጎን (LAR), ለንግድ ስርጭት ዝግጁ ነው.

5. የፈሳሽ አርጎን ማከማቻ እና ማጓጓዝ

የአርጎን ጋዝ እንዴት እንደሚፈስ ጥያቄው ከተመለሰ, የሚቀጥለው ፈተና በዚያ ሁኔታ ውስጥ እንዲቆይ ማድረግ ነው. በ -185.8°C፣ ማንኛውም ለአካባቢ ሙቀት መጋለጥ ፈሳሹ በኃይል ወደ ጋዝ እንዲፈላ ያደርገዋል—ይህ ክስተት ቦይል ኦፍ ጋዝ (BOG) በመባል ይታወቃል።

ይህንን ለመዋጋት ፈሳሽ አርጎን ወደ ከፍተኛ ልዩ ፣ ቫክዩም-የተከላከሉ ክሪዮጅኒክ ማከማቻ ታንኮች ውስጥ ይጣላል። እነዚህ ታንኮች ከቴርሞስ ብልቃጥ ጋር ተመሳሳይ ናቸው. ከማይዝግ ብረት የተሰራ (በክራዮጂካዊ ሙቀቶች የማይበጠስ) እና ከካርቦን ብረት የተሰራውን ውጫዊ እቃ ያካትታል. በሁለቱ መርከቦች መካከል ያለው ክፍተት በማይከላከለው ዱቄት (እንደ ፐርላይት) ተሞልቷል እና ወደ ፍፁም ቅርብ ወደሆነ ቫክዩም በመውረድ convective እና conductive ሙቀት ማስተላለፍን ያስወግዳል።

ለዋና ተጠቃሚዎች ሲጓጓዝ፣ LAR በልዩ ክሪዮጅኒክ ታንከር መኪናዎች ውስጥ ይካሄዳል። የማምረቻ ፋብሪካ ወይም ሆስፒታል ሲደርስ በቦታው ላይ ወደሚገኝ የቫኩም ጃኬት መርከብ ይተላለፋል። ደንበኛው ለሂደታቸው ጋዝ አርጎን በሚፈልግበት ጊዜ ፈሳሹ በቀላሉ በከባቢ አየር ትነት ውስጥ ይተላለፋል - ተከታታይ የተጣራ የአሉሚኒየም ቱቦዎች በዙሪያው ያለውን አየር ሙቀትን ስለሚወስዱ ፈሳሹን ወደ ከፍተኛ ግፊት ወደ ጋዝ እንዲመለስ ያደርገዋል።

6. መደምደሚያ

የማይታየው፣ ድባብ አየር ወደ እጅግ በጣም ንጹህ፣ ከዜሮ በታች የሆነ ፈሳሽ መለወጥ የዘመናዊ ኬሚካላዊ ምህንድስና እና ቴርሞዳይናሚክስ ድንቅ ነው። በከፍተኛ ግፊት መጭመቅ፣ በሞለኪውላር ማጣሪያ፣ በጁል-ቶምሰን መስፋፋት እና በጣም ስሜታዊ የሆኑ ክፍልፋዮችን በማጣራት ኢንዱስትሪዎች ፕላኔታችንን የሚሸፍነውን አርጎን በብቃት መሰብሰብ ይችላሉ።

ማስተዋል የአርጎን ጋዝ ፈሳሽ ዓለም አቀፍ የአቅርቦት ሰንሰለቶችን ለማመቻቸት በጣም አስፈላጊ ነው. ቴክኖሎጂዎች እየገፉ ሲሄዱ -በተለይ በኤሌክትሮኒክስ ማምረቻ፣ በ3ዲ ብረታ ህትመት እና በኤሮስፔስ ኢንጂነሪንግ - በከፍተኛ ንፁህ እና በብቃት በተጓጓዘ ፈሳሽ አርጎን ላይ ያለው ጥገኛ እያደገ ይሄዳል ፣ ይህም ክሪዮጀን አየር መለያየት በዘመናዊው ዓለም ውስጥ በጣም ወሳኝ ፣ ግን አድናቆት ከሌለው የኢንዱስትሪ ሂደቶች ውስጥ አንዱ ያደርገዋል።

7. የሚጠየቁ ጥያቄዎች

Q1: አርጎን ምን ዓይነት የሙቀት መጠን ፈሳሽ ይሆናል?

አርጎን በሚፈላበት ቦታ ላይ ከጋዝ ወደ ፈሳሽ ይሸጋገራል -185.8°ሴ (-302.4°ፋ) በመደበኛ የከባቢ አየር ግፊት. ለማከማቻ እና ለማጓጓዝ በፈሳሽ ሁኔታ ውስጥ ለማቆየት, በፍጥነት ማፍላትን እና መስፋፋትን ለመከላከል ልዩ ቫክዩም-የተሞሉ መርከቦችን በመጠቀም ከዚህ ክሪዮጅኒክ የሙቀት መጠን በታች ወይም በታች መቀመጥ አለበት.

Q2: ለምን አርጎን ከጋዝ ይልቅ እንደ ፈሳሽ ይጓጓዛል?

ዋናው ምክንያት የድምጽ መጠን ውጤታማነት ነው. አርጎን ወደ ፈሳሽ ሲቀዘቅዝ ከ 1 እስከ 840 ባለው ጥምርታ ይጨመቃል.ይህ ማለት አንድ ሊትር ፈሳሽ አርጎን 840 ሊትር የአርጎን ጋዝ ይይዛል. እንደ ፈሳሽ ማጓጓዝ አቅራቢዎች በአንድ የጭነት መኪና ውስጥ ግዙፍ እና ግዙፍ መጠን እንዲያቀርቡ ያስችላቸዋል፣ ይህም ከባድና ከፍተኛ ጫና የሚፈጥሩ የጋዝ ሲሊንደሮችን ከማጓጓዝ እጅግ የበለጠ ወጪ ቆጣቢ እና ሎጂስቲክስ ተግባራዊ ነው።

Q3: ፈሳሽ አርጎን አያያዝ አደገኛ ነው?

አዎን, ፈሳሽ አርጎን በዋነኛነት በከፍተኛ ቅዝቃዜ እና እንደ አስፊክሲያን ባህሪው ጉልህ የሆነ የኢንዱስትሪ አደጋዎችን ያቀርባል. በፈሳሽ አርጎን ወይም ያልተነጠቁ ክሪዮጀንሲያዊ ቱቦዎች የቆዳ ንክኪ ከፍተኛ ውርጭ ወይም ክሪዮጂንስ ወዲያውኑ ያቃጥላል። በተጨማሪም በሚሞቅበት ጊዜ በፍጥነት ስለሚሰፋ (ከ840 ጊዜ በላይ መጠኑ) በተከለለ ቦታ ላይ ትንሽ የፈሳሽ አርጎን መፍሰስ የአካባቢን ኦክሲጅን በፍጥነት ስለሚፈናቀል ጋዝ ቀለም የሌለው እና ሽታ የሌለው በመሆኑ በአቅራቢያው ለሚገኙ ሰራተኞች ያለ ምንም ማስጠንቀቂያ ለመተንፈስ ከፍተኛ ስጋት ይፈጥራል። ትክክለኛ የአየር ማናፈሻ እና የግል መከላከያ መሳሪያዎች (PPE) በጥብቅ ይፈለጋሉ.