Argon (Ar) yn nwy prin a ddefnyddir yn eang mewn meteleg, weldio, diwydiannau cemegol, a meysydd eraill. Mae cynhyrchu argon yn bennaf yn dibynnu ar wahanu'r gwahanol gydrannau nwy yn yr awyr, gan fod crynodiad argon yn yr atmosffer tua 0.93%. Y ddau brif ddull ar gyfer cynhyrchu argon diwydiannol yw Distyllu Cryogenig ac Arsugniad Swing Pwysedd (PSA).

Distyllu Cryogenig

Distyllu cryogenig yw'r dull a ddefnyddir amlaf ar gyfer gwahanu argon mewn diwydiant. Mae'r dull hwn yn defnyddio'r gwahaniaethau mewn berwbwyntiau gwahanol gydrannau nwy yn yr aer, yn hylifo'r aer ar dymheredd isel, ac yn gwahanu'r nwyon trwy golofn ddistyllu.

Llif Proses:

Cyn-driniaeth aer: Yn gyntaf, mae'r aer yn cael ei gywasgu a'i oeri i ddechrau i gael gwared â lleithder a charbon deuocsid. Mae'r cam hwn fel arfer yn cael ei gyflawni trwy ddefnyddio sychwr (CD) neu adsorber rhidyll moleciwlaidd i gael gwared ar leithder ac amhureddau.

Cywasgu Aer ac Oeri: Ar ôl sychu, mae'r aer yn cael ei gywasgu i sawl megapascal o bwysau, ac yna'n cael ei oeri trwy ddyfais oeri (ee, oerach aer) i ddod â thymheredd yr aer yn agos at ei bwynt hylifedd. Mae'r broses hon yn gostwng tymheredd yr aer i -170°C i -180°C.

hylifedd aer: Mae'r aer oeri yn mynd trwy falf ehangu ac yn mynd i mewn i golofn distyllu cryogenig. Mae'r cydrannau yn yr aer yn cael eu gwahanu'n raddol y tu mewn i'r golofn yn seiliedig ar eu berwbwyntiau. Nitrogen (N₂) ac ocsigen (O₂) yn cael eu gwahanu ar dymheredd is, tra bod argon (Ar), â phwynt berwi rhwng nitrogen ac ocsigen (-195.8°C am nitrogen, -183°C ar gyfer ocsigen, a -185.7°C ar gyfer argon), yn cael ei gasglu mewn adrannau penodol o'r golofn.

Distyllu ffracsiynol: Yn y golofn ddistyllu, mae aer hylifol yn anweddu ac yn cyddwyso ar wahanol dymereddau, ac mae argon wedi'i wahanu'n effeithiol. Yna caiff yr argon sydd wedi'i wahanu ei gasglu a'i buro ymhellach.

Puro Argon:

Yn gyffredinol, mae distyllu cryogenig yn cynhyrchu argon gyda phurdeb uwchlaw 99%. Ar gyfer rhai cymwysiadau (e.e., yn y diwydiant electroneg neu brosesu deunydd pen uchel), efallai y bydd angen puro pellach gan ddefnyddio arsugnyddion (megis carbon wedi'i actifadu neu ridyllau moleciwlaidd) i gael gwared ar amhureddau hybrin fel nitrogen ac ocsigen.

Arsugniad Swing Pwysedd (PSA)

Mae Arsugniad Swing Pwysedd (PSA) yn ddull arall ar gyfer cynhyrchu argon, sy'n addas ar gyfer cynhyrchu ar raddfa lai. Mae'r dull hwn yn gwahanu argon o'r aer trwy ddefnyddio nodweddion arsugniad gwahanol nwyon amrywiol ar ddeunyddiau fel rhidyllau moleciwlaidd.

Llif Proses:

Tŵr arsugniad: Mae'r aer yn mynd trwy dwr arsugniad wedi'i lenwi â rhidyllau moleciwlaidd, lle mae nitrogen ac ocsigen yn cael eu hamsugno'n gryf gan y rhidyllau moleciwlaidd, tra nad yw nwyon anadweithiol fel argon yn cael eu harsugno, gan ganiatáu iddynt wahanu oddi wrth nitrogen ac ocsigen.

Arsugniad a Desorption: Yn ystod un cylchred, mae'r twr arsugniad yn amsugno nitrogen ac ocsigen o'r aer dan bwysedd uchel yn gyntaf, tra bod argon yn llifo allan trwy allfa'r twr. Yna, trwy leihau'r pwysau, mae nitrogen ac ocsigen yn dadsugno o'r rhidyllau moleciwlaidd, ac mae gallu arsugniad y twr arsugniad yn cael ei adfer trwy adfywio swing pwysau.

Cylchred Aml-Tŵr: Yn nodweddiadol, defnyddir tyrau arsugniad lluosog am yn ail—un ar gyfer arsugniad tra bod y llall mewn amsugniad—caniatáu cynhyrchu parhaus.

Mantais y dull PSA yw bod ganddo osodiad symlach a chostau gweithredu is, ond mae purdeb yr argon a gynhyrchir yn gyffredinol yn is na distyllu cryogenig. Mae'n addas ar gyfer sefyllfaoedd lle mae llai o alw am argon.

Puro Argon

P'un a yw'n defnyddio distyllu cryogenig neu PSA, mae'r argon a gynhyrchir fel arfer yn cynnwys symiau bach o ocsigen, nitrogen, neu anwedd dŵr. Er mwyn gwella purdeb argon, mae angen camau puro pellach fel arfer:

Anwedd o amhureddau: Oeri'r argon ymhellach i gyddwyso a gwahanu rhai amhureddau.

Arsugniad Hidlen Moleciwlaidd: Defnyddio adsorbers rhidyll moleciwlaidd effeithlonrwydd uchel i gael gwared ar symiau hybrin o nitrogen, ocsigen, neu anwedd dŵr. Mae gan ridyllau moleciwlaidd feintiau mandwll penodol sy'n gallu arsugno rhai moleciwlau nwy yn ddetholus.

Technoleg Gwahanu Pilenni: Mewn rhai achosion, gellir defnyddio technoleg pilen gwahanu nwy i wahanu nwyon yn seiliedig ar dreiddiad dethol, gan wella ymhellach purdeb argon.

Rhagofalon ar gyfer Cynhyrchu Argon ar y Safle

Mesurau Diogelwch:

Perygl Cryogenig: Argon hylif yn hynod o oer, a dylid osgoi cyswllt uniongyrchol ag ef i atal frostbite. Dylai gweithredwyr wisgo dillad amddiffynnol cryogenig arbenigol, menig a gogls.

Perygl mygu: Nwy anadweithiol yw argon a gall ddadleoli ocsigen. Mewn mannau caeedig, gall gollyngiadau argon arwain at ostyngiad mewn lefelau ocsigen, gan arwain at fygu. Felly, mae angen i ardaloedd lle mae argon yn cael ei gynhyrchu a'i storio gael ei awyru'n dda, a dylid gosod systemau monitro ocsigen.

Cynnal a Chadw Offer:

Rheoli pwysau a thymheredd: Mae offer cynhyrchu Argon yn gofyn am reolaeth lem ar bwysau a thymheredd, yn enwedig yn y golofn distyllu cryogenig a thyrau arsugniad. Dylid archwilio offer yn rheolaidd i sicrhau bod yr holl baramedrau o fewn yr ystodau arferol.

Atal Gollyngiadau: Gan fod y system argon yn gweithredu o dan bwysau uchel a thymheredd isel, mae uniondeb y sêl yn hanfodol. Dylid gwirio piblinellau nwy, cymalau a falfiau o bryd i'w gilydd i atal gollyngiadau nwy.

Rheoli purdeb Nwy:

Monitro manwl gywirdeb: Mae purdeb yr argon sydd ei angen yn amrywio yn dibynnu ar y cais. Dylid defnyddio dadansoddwyr nwy yn rheolaidd i wirio purdeb yr argon a sicrhau bod y cynnyrch yn bodloni safonau diwydiannol.

Rheoli Amhuredd: Yn benodol, mewn distyllu cryogenig, gall dyluniad y golofn distyllu, yr amodau gweithredu, ac effeithiolrwydd oeri effeithio ar wahanu argon. Efallai y bydd angen puro pellach yn dibynnu ar y defnydd terfynol o argon (e.e., argon purdeb tra-uchel ar gyfer y diwydiant electroneg).

Rheoli Effeithlonrwydd Ynni:

Defnydd o Ynni: Mae distyllu cryogenig yn ynni-ddwys, felly dylid ymdrechu i wneud y gorau o brosesau oeri a chywasgu i leihau colled ynni.

Adfer Gwres Gwastraff: Mae cyfleusterau cynhyrchu argon modern yn aml yn defnyddio systemau adfer gwres gwastraff i adennill yr ynni oer a gynhyrchir yn ystod y broses ddistyllu cryogenig, gan wella effeithlonrwydd ynni cyffredinol.

Mewn cynhyrchu diwydiannol, mae argon yn bennaf yn dibynnu ar ddulliau distyllu cryogenig a dulliau arsugniad swing pwysau. Defnyddir distyllu cryogenig yn eang ar gyfer cynhyrchu argon ar raddfa fawr oherwydd ei allu i ddarparu argon purdeb uwch. Mae angen sylw arbennig yn ystod y cynhyrchiad i sicrhau diogelwch, cynnal a chadw offer, rheoli purdeb nwy, a rheoli effeithlonrwydd ynni.