Argón, eilimint uileláithreach ach dofheicthe, is ionann agus thart ar 0.93% d'atmaisféar an Domhain. Cé gurb é an tríú gás is flúirseach san aer a análaimid, teastaíonn innealtóireacht chasta chun é a úsáid le haghaidh feidhmeanna tionsclaíochta, leighis agus eolaíocha. Ó stuanna sciath i dtáthú ardteochta go dtí sliseoga sileacain íogair a chosaint le linn déantúsaíochta leathsheoltóra, tá an t-éileamh ar an ngás uasal seo ollmhór. Mar sin féin, tá sé thar a bheith mí-éifeachtach é a iompar agus a stóráil ina staid ghásach. Ardaíonn sé seo ceist bhunúsach thionsclaíoch: conas a leachtaítear gás argón chun freastal go héifeachtach ar éilimh dhomhanda?

Tá an freagra i bpróiseas sofaisticiúla ar a dtugtar scaradh aer crióigineach. Díreoidh an treoir chuimsitheach 2,000 focal seo go domhain isteach sna prionsabail teirmidinimice, san innealtóireacht mheicniúil, agus sna céimeanna íonaithe ceimiceacha is gá chun aer an atmaisféir a athrú ina argón leachtach crióigineach (LAR) an-íonaithe.

1. Argón agus an Gá le Leachtú a Thuiscint

Sula tumtar isteach i meicnic an leachtaithe, tá sé ríthábhachtach a thuiscint cad is argón ann agus cén fáth a bhfuil gá leis an bpróiseas leachtaithe go heacnamaíoch agus go praiticiúil.

Is gás monatomic, támh go ceimiceach é Argón (Ar). Tá sé gan dath, gan bholadh, agus neamh-tocsaineach. Toisc nach n-imoibríonn sé le heilimintí eile fiú ag teochtaí foircneacha, is é an sciath atmaisféarach idéalach é do phróisis mhiotaleolaíochta.

Cén fáth Leachtach Argón?

Is í an phríomhchúis le haon ghás atmaisféarach a leachtú ná laghdú toirte. Nuair a dhéantar argón a thiontú ó ghás ag brú caighdeánach atmaisféarach go leacht crióigineach, téann an t-argón faoi chóimheas fairsingithe ollmhór de 1 go 840. Ciallaíonn sé seo gur féidir 840 lítear d'argón gásach a chomhdhlúthú i lítear amháin de argón leachtach. Ligeann an laghdú drámatúil seo ar an méid iompar mórchóir éifeachtach ó thaobh costais de trí thrucailí tancaeir crióigineacha agus stóráil éifeachtach in umair fholús-inslithe ag saoráidí tionsclaíocha.

Airíonna Fisiceacha Argón

Chun gás a ionramháil isteach i leacht, ní mór d'innealtóirí oibriú go dlúth lena n-airíonna teirmidinimiciúla. Seo thíos na pointí sonraí fisiceacha criticiúla a shocraíonn na paraiméadair leachtaithe.

2. An Bhuneolaíocht: Scaradh Aeir Chrióigineach

Ní dhéantar Argón a mhonarú ná a shintéisiú; baintear é go díreach ón aer timpeall orainn. Is é an teicneolaíocht uileghabhálach a úsáidtear chun é seo a bhaint amach driogadh codánach crióigineach.

Braitheann an próiseas seo ar phrionsabal bunúsach na ceimice: athraíonn gnéithe éagsúla staid (comhdhlúite nó boil) ag teochtaí éagsúla. Trí aer comhthimpeallach a fhuarú go dtí go mbeidh sé ina leacht, agus ansin a theocht a ardú go mall, is féidir le hinnealtóirí an meascán aeir a dheighilt ina bhun-chomhábhair—nítrigin, ocsaigin agus argón—agus iad ag fiuchadh ceann ar cheann.

Dúshlán Scaradh Argón

Tá sé thar a bheith deacair argón a scaradh mar gheall ar a fhiuchphointe. Breathnaigh ar fhiuchphointí na dtrí phríomh-chomhpháirt atmaisféaracha:

3. Próiseas Céim ar Chéim: Mar a Thiocfaidh Aer Argón Leachtach

Tá Aonad Scartha Aeir ilchéime (ASU) i gceist leis an turas ón aer comhthimpeallach go dtí argón leachtach crióigineach. Seo miondealú mionsonraithe, céim ar chéim den phróiseas.

Céim 1: Iontógáil Aeir, Comhbhrú, agus Scagachán

Tosaíonn an próiseas leis an amhábhar: aer atmaisféarach comhthimpeallach.
Tarraingíonn lucht leanúna ollmhór tionsclaíochta aer trí thithe scagaire ilchéime chun ábhar cáithníneach, deannach agus feithidí a bhaint. Nuair a bhíonn sé scagtha, téann an t-aer isteach i gcomhbhrúiteoir lártheifeacha ilchéime. Tá an t-aer comhbhrúite go brú de thart ar 5 go 7 bar (70 go 100 psi).

Gineann comhbhrúite gáis go nádúrtha teas suntasach (teas comhbhrú). Chun seo a bhainistiú, cuirtear intercoolers idir na céimeanna comhbhrú. Nuair a fhuaraítear an t-aer ag an gcéim seo is cúis le cuid mhór den taise atmaisféarach comhthimpeallach (gal uisce) comhdhlúthú amach, rud a dhraenáiltear uaidh ina dhiaidh sin.

Céim 2: Íonú trí criathar Móilíneach

Sular féidir an t-aer a chur faoi réir teochtaí crióigineacha, ní mór gach rian neamhíonachtaí a d'fhéadfadh an píobán a reo agus a bhlocáil a bhaint go hiomlán. Áirítear go príomha leis na neamhíonachtaí seo:

• Gal Uisce iarmharach (H2O)
• Dé-ocsaíd Charbóin (CO2)
• Hidreacarbóin Rian

Cuirtear an t-aer comhbhrúite trí aonad réamh-íonúcháin (PPU) ar a bhfuil leapacha alúmana agus rilleáin mhóilíneacha zeolite. Feidhmíonn na rilleáin seo mar spúinsí micreascópacha an-roghnacha, ag ionsú na móilíní taise agus CO2. Má theipeann ar an gcéim seo, chruthódh CO2 agus oighear tirim go domhain laistigh den ghléasra, ag clogáil na malartóirí teasa íogair agus ag teastáil go ndéanfaí an gléasra a mhúchadh go hiomlán.

Céim 3: Fuarú Extreme agus Leathnú

Téann an t-aer tirim, íonaithe agus comhbhrúite isteach sa “bhosca fuar,” struchtúr atá inslithe go mór ina bhfuil na malartóirí teasa crióigineacha agus na colúin driogtha.

Úsáideann an próiseas fuaraithe an Éifeacht Joule-Thomson agus leathnú meicniúil. Téann an t-aer te isteach trí phríomh-mhalaróir teasa, ag sreabhadh frithshrutha chuig gáis sceite fíorfhuar (nítrigin agus ocsaigin) ag filleadh ó na colúin driogtha. Titeann sé seo teocht an aeir isteach go mór.

Chun fíortheocht chrióigineach a bhaint amach (faoi bhun -170°C), seoltar cuid den aer comhbhrúite trí fhorleathnóir turba. De réir mar a leathnaíonn an gás ardbhrú go tapa trí thuirbín, déanann sé obair mheicniúil, rud a fhágann titim ollmhór i dteocht an gháis. Faoin am a fhágann an t-aer an malartóir teasa agus an leathnaithe, is meascán de ghal fuar agus aer leachtach é, réidh le scaradh.

Céim 4: Driogadh Codánach Príomhúil (Colúin HP agus LP)

Is é croílár an phróisis leachtú an córas driogtha colún dúbailte, comhdhéanta de cholún Ard-Brú (HP) ina shuí faoi cholún Brú Íseal (LP).

1. Colún Ardbhrú: Téann an meascán aeir leachta/gala fo-fhuaraithe isteach ag bun an cholúin HP. De réir mar a thiteann an leacht go dtí an bun agus an gal a ardú trí thráidirí criathar bréifnithe, tarlaíonn an chéad scaradh. Ardaíonn nítrigin, leis an bhfiuchphointe is ísle, go dtí an barr mar ghás. Leacht saibhir ocsaigine (ina bhfuil an chuid is mó den argón) linnte ag bun an leathanaigh.
2. Colún Ísealbhrú: Déantar an leacht saibhir ocsaigine ó bhun an cholúin HP a throttle (leathnú) isteach sa cholún LP os a chionn. Mar gheall ar an mbrú níos ísle, tarlaíonn scaradh breise. Linnte ocsaigine leacht íon ag bun an cholúin LP, agus fágann gás nítrigine íon an barr.

Céim 5: Colún Taobh-Lámh Argón

Toisc go bhfuil fiuchphointe an argón suite idir ocsaigin agus nítrigin, díríonn sé sa chuid íochtair den cholún Brú Íseal. Ag a bhuaicchruinniú, is é an meascán gáis sa “bol” sonrach seo den cholún argón thart ar 10% go 12%, agus ocsaigin agus rian beag bídeach nítrigine sa chuid eile.

Chun é a bhaint, bainfidh innealtóirí leas as an roinn shonrach seo agus tarraingíonn siad an meascán isteach i struchtúr ar leith ceangailte ar a dtugtar an Colún Taobh-Lámh Argón.
Laistigh den cholún thar a bheith ard seo (go minic ina bhfuil os cionn 150 tráidire teoiriciúil), tarlaíonn driogadh tánaisteach. Toisc go bhfuil an argón beagán níos so-ghalaithe (boilsíonn sé níos éasca) ná ocsaigin, ardaíonn an gal argón go barr an cholúin taobh, agus titeann an ocsaigin leachtach níos troime go bun agus cuirtear ar ais chuig an bpríomhcholún LP é.

“Argón amh” a thugtar ar an rud a thagann chun solais ó bharr an cholúin taoibh. Ag an gcéim seo, déantar é a leachtú go rathúil ach níl ach thart ar 98% íon. Tá thart ar 2% ocsaigine ann fós agus rian méideanna nítrigine, a chaithfear a bhaint le haghaidh úsáid thionsclaíoch.

4. Íonú: Uasghrádú Amh go Argón Leacht Ard-íonachta

I gcás feidhmeanna nua-aimseartha, go háirithe sna tionscail leathsheoltóra agus aeraspáis, caithfidh an t-argón a bheith “cúig nines” íon (99.999%). Ní mór an t-argón amh a íonú go dian.

An Próiseas Catalaíoch “Deoxo”.

Chun an 2% ocsaigine atá fágtha a bhaint, déantar an t-argón amh a chur chuig imoibreoir catalaíoch ar a dtugtar aonad Deoxo. Taobh istigh, déantar gás hidrigine an-íon a instealladh isteach sa sruth leachtach.
Faoi láthair catalaíoch pallaidiam nó platanam, imoibríonn an hidrigin go ceimiceach leis na móilíní ocsaigine bradacha chun uisce a fhoirmiú (2H).₂ +Ó₂ → 2H₂Ó). Scaoileann an t-imoibriú seo méid beag teasa, ag casadh an argón ar ais ina ghás ar ball.

Triomú Deiridh agus Driogadh

Ansin cuirtear an gás trí chriathar móilíneach tánaisteach chun na móilíní uisce nua-chruthaithe a bhaint de. Ar deireadh, an tirim, gás argón saor ó ocsaigine a chuirtear isteach i gcolún driogtha deiridh - an colún argón íon.

Anseo, déantar an t-argón a fhuarú arís eile go dtí go gcomhdhlúthaíonn sé ar ais ina stát leachtach. Déantar aon rian nítrigine iarmharach, a fhanann gásach ag teochtaí leachtacha argóin, a aeráil ó bharr an cholúin. Tá an comhthiomsú táirgí mar thoradh air ag bun an-íonaithe, Argón Leachtach ultra-fuar (LAR), réidh le dáileadh tráchtála.

5. Stóráil agus Iompar Argón Leachtach

Nuair a fhreagraítear an cheist maidir le conas a dhéantar gás argón a leachtú, is é an chéad dúshlán eile é a choinneáil sa riocht sin. Ag -185.8°C, cuirfidh aon nochtadh do theas comhthimpeallach ar an leacht fiuchadh go foréigneach ar ais i ngás — feiniméan ar a dtugtar Gás Fiuchphointe (BOG).

Chun é seo a chomhrac, déantar argón leachtach a phumpáil isteach in umair stórála crióigineacha an-speisialaithe atá inslithe i bhfolús. Feidhmíonn na humair seo mar an gcéanna le fleascán thermos. Is éard atá iontu soitheach istigh déanta as cruach dhosmálta (nach n-éiríonn brittle ag teochtaí crióigineacha) agus soitheach seachtrach déanta as cruach carbóin. Líontar an spás idir an dá shoitheach le púdar inslithe (cosúil le perlite) agus déantar é a phumpáil síos go dtí folús beagnach foirfe chun aistriú teasa convective agus seoltaí a dhíchur.

Nuair a iompraítear LAR chuig úsáideoirí deiridh í, iompraítear é i trucailí tancaer crióigineacha speisialaithe. Nuair a shroichtear monarcha déantúsaíochta nó ospidéal, aistrítear é isteach i bhfolús-seaicéad seasta ar an láthair. Nuair a bhíonn argón gásach ag teastáil ón gcustaiméir le haghaidh a gcuid próiseas, déantar an leacht a stiúradh go simplí trí ghalú aeir comhthimpeallach - sraith feadáin alúmanaim finned a ionsúnn teas ón aer mórthimpeall, ag téamh an leacht ar ais go gás ardbhrú go sábháilte.

6. Conclúid

Is iontas é an t-aer dofheicthe, comhthimpeallach a chlaochlú go leacht ultra-íon, fo-nialas, ar innealtóireacht cheimiceach agus teirmidinimic nua-aimseartha. Trí na céimeanna déine a bhaineann le comhbhrú ardbhrú, scagachán móilíneach, leathnú Joule-Thomson, agus driogadh codánach an-íogair, is féidir le tionscail an t-argón a phluidíonn ár bplainéad a bhaint go héifeachtach.

Tuiscint leachtú gáis argón ríthábhachtach chun slabhraí soláthair domhanda a bharrfheabhsú. De réir mar a théann teicneolaíochtaí chun cinn - go háirithe i ndéantúsaíocht leictreonaice, priontáil miotail 3D, agus innealtóireacht aeraspáis - ní leanfaidh an spleáchas ar argón leachtach atá an-íon, a iompraítear go héifeachtach ag fás, rud a fhágann go bhfuil scaradh aeir crióigineach ar cheann de na próisis thionsclaíocha is tábhachtaí, ach nach bhfuil meas mór orthu, sa domhan nua-aimseartha.

7. Ceisteanna Coitianta

C1: Cén teocht a thagann chun bheith ina leacht argón?

Aistríonn argón ó ghás go leacht ag fiuchphointe de -185.8°C (-302.4°F) ag brú caighdeánach an atmaisféir. Chun é a choinneáil i stát leachtach le haghaidh stórála agus iompair, ní mór é a choinneáil ag an teocht chrióigineach seo nó faoi bhun an teocht chrióigineach seo ag baint úsáide as soithí speisialaithe i bhfolús-inslithe chun fiuchphointe agus leathnú tapa a chosc.

C2: Cén fáth a n-iompraítear argón mar leacht seachas mar ghás?

Is é an phríomhchúis ná éifeachtúlacht toirte. Nuair a fhuaraítear argón ina leacht, comhdhlúthaíonn sé ag cóimheas idir 1 agus 840. Ciallaíonn sé seo go bhfuil lítear amháin de argón leacht arb ionann é agus 840 lítear de ghás argón. Trí é a iompar mar leacht ligeann do sholáthróirí méideanna ollmhóra, toirtiúla a sheachadadh in aon ualach trucaile amháin, atá i bhfad níos cost-éifeachtaí agus praiticiúil ó thaobh lóistíochta de ná sorcóirí gáis ardbhrú ardbhrú a iompar.

C3: An bhfuil láimhseáil argón leachtach contúirteach?

Sea, cuireann argón leachtach guaiseacha tionsclaíocha suntasacha i láthair go príomha mar gheall ar an bhfuacht mhór atá ann agus a nádúr mar asfaicseanach. Is féidir le teagmháil craicinn le argón leachtach nó le píobán crióigineach neamhinslithe frostbite dian nó dónna crióigineacha a chur faoi deara láithreach. Ina theannta sin, toisc go leathnaíonn sé go tapa de réir mar a théitear (840 uair an toirt), is féidir le sceitheadh ​​beag argón leachtach i spás faoi iamh an ocsaigin chomhthimpeallach a dhíláithriú go tapa, rud a fhágann go bhfuil riosca ard asphyxiation do phearsanra in aice láimhe gan aon rabhadh, toisc go bhfuil an gás gan dath agus gan bholadh. Tá géarghá le trealamh aerála agus cosanta pearsanta (TCP).