Tha Argon, eileamaid uile-làthaireach ach do-fhaicsinneach, a’ dèanamh suas mu 0.93% de dh’ àile na Talmhainn. Ged is e seo an treas gas as pailte san adhar a bhios sinn a’ toirt anail, tha feum air innleadaireachd iom-fhillte airson a chleachdadh airson tagraidhean gnìomhachais, meidigeach agus saidheansail. Bho bhith a’ dìon arcs ann an tàthadh àrd-teòthachd gu bhith a’ dìon wafers silicon fìnealta rè saothrachadh leth-chonnsair, tha iarrtas mòr air a’ ghas uasal seo. Ach, tha e glè neo-èifeachdach a ghiùlan agus a stòradh anns an staid gasach aige. Tha seo a’ togail ceist gnìomhachais bhunaiteach: ciamar a tha gas argon air a lionadh gus coinneachadh gu h-èifeachdach ri iarrtasan cruinneil?

Tha am freagairt na laighe ann am pròiseas sòlaimte ris an canar sgaradh adhair cryogenic. Bidh an stiùireadh coileanta 2,000-facal seo a’ sgrùdadh gu domhainn a-steach do na prionnsapalan thermodynamic, innleadaireachd meacanaigeach, agus ceumannan glanaidh ceimigeach a dh’ fheumar gus èadhar àile a thionndadh gu argon lionn leaghan làn-ghlan (LAR).

1. Tuigsinn Argon agus an Feum air Liquefaction

Mus tèid thu a-steach do mheacanaig liquefaction, tha e deatamach tuigsinn dè a th’ ann an argon agus carson a tha feum air a’ phròiseas liquefaction gu h-eaconamach agus gu practaigeach.

Tha Argon (Ar) na ghas uasal monatomic, neo-sheasmhach gu ceimigeach. Tha e gun dath, gun bholadh, agus neo-phuinnseanta. Leis nach eil e a’ dèiligeadh ri eileamaidean eile eadhon aig fìor theodhachd, is e an sgiath àile air leth freagarrach airson pròiseasan meitabileach.

Carson a tha Liquefy Argon?

Is e am prìomh adhbhar airson gas àile sam bith a bhith a’ lughdachadh meud. Nuair a thèid a thionndadh bho ghas aig cuideam àbhaisteach àile gu leaghan cryogenic, bidh co-mheas leudachaidh mòr aig argon de 1 gu 840. Tha seo a’ ciallachadh gun gabh 840 liotair de argon gasach a dhlùthadh ann an aon liotair de argon lionntach. Tha an lùghdachadh mòr seo ann an tomhas-lìonaidh a’ ceadachadh còmhdhail mòr a tha èifeachdach a thaobh cosgais tro làraidhean tancair cryogenic agus stòradh èifeachdach ann an tancaichean le còmhdach falamh aig goireasan gnìomhachais.

Feartan corporra Argon

Gus gas a thionndadh gu leaghan, feumaidh innleadairean obrachadh gu dlùth leis na feartan thermodynamic aige. Gu h-ìosal tha na puingean dàta corporra riatanach a tha a’ dearbhadh nam paramadairean liquefaction.

2. An Saidheans Bunaiteach: Sgaradh Adhair Cryogenic

Chan eil argon air a dhèanamh no air a cho-chur; tha e air a bhuain gu dìreach bhon adhar mun cuairt oirnn. Is e an teicneòlas farsaing a thathar a 'cleachdadh gus seo a choileanadh grùdaireachd bloigh cryogenic.

Tha am pròiseas seo an urra ri prionnsapal bunaiteach ceimigeachd: bidh diofar eileamaidean ag atharrachadh staid (condense no boil) aig teòthachd eadar-dhealaichte. Le bhith a’ fuarachadh èadhar àrainneachdail gus am bi e na leaghan, agus an uairsin ag àrdachadh an teòthachd aige gu slaodach, faodaidh innleadairean am measgachadh èadhair a sgaradh gu na prìomh phàirtean aige - nitrogen, ocsaidean agus argon - fhad ‘s a bhios iad a’ goil aon às deidh aon.

An dùbhlan mu sgaradh Argon

Tha e gu math duilich a bhith a 'sgaradh argon air sgàth' s gu bheil e a 'goil. Thoir sùil air puingean goil nan trì prìomh phàirtean àile:

3. Pròiseas Ceum-air-Ceum: Mar a dh'fhàsas Adhair Liquid Argon

Tha an turas bho èadhar àrainneachdail gu argon lionn cryogenic a’ toirt a-steach Aonad Dealachaidh Adhair ioma-ìre (ASU). Seo mion-sgrùdadh mionaideach, ceum air cheum den phròiseas.

Ceum 1: Gabhail a-steach adhair, teannachadh, agus sìoladh

Tha am pròiseas a 'tòiseachadh leis an stuth amh: àrainneachd àile àile.
Bidh luchd-leantainn mòr gnìomhachais a’ tarraing èadhar tro thaighean sìoltachain ioma-ìre gus stuth gràineach, duslach agus biastagan a thoirt air falbh. Aon uair ‘s gu bheil e air a shìoladh, bidh an èadhar a’ dol a-steach gu compressor centrifugal ioma-ìre. Tha an èadhar air a dhlùthadh gu cuideam timcheall air 5 gu 7 bar (70 gu 100 psi).

Le bhith a’ teannachadh gas gu nàdarrach a’ gineadh teas mòr (teas teannachaidh). Gus seo a riaghladh, thèid intercoolers a chuir eadar na h-ìrean teannachaidh. Le bhith a 'fuarachadh an èadhair aig an ìre seo cuideachd ag adhbhrachadh gu bheil cuibhreann mòr de dh' àile àile (bhalbh uisge) a 'teannachadh a-mach, a thèid a dhrèanadh às dèidh sin.

Ceum 2: Glanadh tro Molecular criathar

Mus tèid an èadhar a chuir fo teòthachd cryogenic, feumar a h-uile truailleadh lorg a dh’ fhaodadh reothadh agus casg a chuir air a ’phìob a thoirt air falbh gu tur. Am measg nan neo-chunbhalaidhean sin tha:

• Vapor uisge air fhàgail (H2O)
• Carbon dà-ogsaid (CO2)
• Lorg hydrocarbons

Tha an èadhar teann air a dhol tro aonad ro-ghlanaidh (PPU) anns a bheil leapannan de alumina agus criathar moileciuil zeolite. Bidh na criathran sin ag obair mar spongan microscopach air leth roghnach, a’ sùghadh taiseachd agus moileciuilean CO2. Ma dh’ fhailicheas an ceum seo, bhiodh CO2 agus deigh thioram a’ cruthachadh domhainn taobh a-staigh a’ phlannt, a’ bualadh air an luchd-iomlaid teas fìnealta agus a’ feumachdainn làn dhùnadh planntrais.

Ceum 3: Fìor fhuarachadh agus leudachadh

Tha an èadhar tioram, fìor-ghlan agus teann a-nis a’ dol a-steach don “bhogsa fhuar”, structar làn inslithe anns a bheil an luchd-iomlaid teas cryogenic agus colbhan grùdaireachd.

Bidh am pròiseas fuarachaidh a’ cleachdadh an Buaidh Joule-Thomson agus leudachadh meacanaigeach. Bidh an èadhar blàth a tha a’ tighinn a-steach a’ dol tro phrìomh iomlaid teas, a’ sruthadh an-aghaidh sruth gu gasaichean fuasglaidh fìor fhuar (nitrigin agus ocsaidean) a’ tilleadh bho na colbhan grùdaireachd. Bidh seo a 'lùghdachadh teòthachd an adhair a tha a' tighinn a-steach gu mòr.

Gus fìor theodhachd cryogenic a choileanadh (gu h-ìosal -170 ° C), tha cuibhreann den èadhar teann air a stiùireadh tro turbo-expander. Mar a bhios an gas le bruthadh àrd a’ leudachadh gu luath tro roth-uidheam, bidh e a’ dèanamh obair meacanaigeach, a bheir air tuiteam mòr ann an teòthachd a’ ghas. Mun àm a thig an èadhar a-mach às an iomlaidear teas agus an inneal leudachaidh, tha e na mheasgachadh de bhalbhaichean uamhasach fuar agus èadhar leaghaidh, deiseil airson dealachadh.

Ceum 4: Grùdaireachd Fractional Bun-sgoile (Colbhan HP agus LP)

Is e cridhe a’ phròiseas liquefaction an siostam grùdaireachd dà-cholbh, anns a bheil colbh Àrd-bhruthadh (HP) na shuidhe fo cholbh le cuideam ìosal (LP).

1. Colbh le cuideam àrd: Bidh am measgachadh èadhair leaghaidh / bhalbhaichean fo-fhuarachadh a’ dol a-steach gu bonn colbh HP. Mar a thuiteas an leaghan chun bhonn agus an ceò ag èirigh tro thrèanaichean criathar brùite, bidh a’ chiad dealachadh a’ tachairt. Bidh nitrogen, leis a’ phuing goil as ìsle, ag èirigh chun mhullach mar gas. Linne làn ocsaidean (anns a bheil a’ mhòr-chuid den argon) aig a’ bhonn.
2. Colbh le cuideam ìosal: Tha an leaghan làn ocsaidean bho bhonn a’ cholbh HP air a smeòrach (leudachadh) a-steach don cholbh LP os a chionn. Air sgàth cuideam nas ìsle, bidh tuilleadh dealachaidh a 'tachairt. Amaran ocsaidean fìor-ghlan aig fìor bhonn a’ cholbh LP, fhad ‘s a tha gas nitrogen fìor-ghlan a’ tighinn a-mach às a ’mhullach.

Ceum 5: An Colbh Taobh-arm Argon

Leis gu bheil puing goil argon na shuidhe eadar ocsaidean agus nitrigin, tha e a’ cuimseachadh anns an roinn meadhan-ìosal den cholbh le cuideam ìosal. Aig an ìre as àirde, tha am measgachadh gas anns a’ “bhroinn” shònraichte seo den cholbh timcheall air 10% gu 12% argon, leis a’ chòrr mar ocsaidean agus lorg beag de nitrigin.

Gus a thoirt a-mach, bidh innleadairean a’ tapadh a-steach don roinn shònraichte seo agus a’ tarraing am measgachadh a-steach do structar ceangailte air leth ris an canar an Colbh Arm-taobh Argon.
Taobh a-staigh a’ cholbh iongantach àrd seo (gu tric anns a bheil còrr air 150 treallaich teòiridheach), tha grùdaireachd àrd-sgoile a’ tachairt. Leis gu bheil argon beagan nas so-ruigsinneach (goil nas fhasa) na ocsaidean, bidh an vapor argon ag èirigh gu mullach a’ cholbh taobh, fhad ‘s a tha an ocsaidean leaghaidh nas truime a’ tuiteam chun bhonn agus ga thilleadh chun phrìomh cholbh LP.

Canar “argon amh” ris na tha a’ nochdadh bho mhullach a’ cholbh ghàirdean-taobh. Aig an ìre seo, tha e air a lionadh gu soirbheachail ach chan eil e ach mu 98% fìor-ghlan. Tha timcheall air 2% de ogsaidean ann fhathast agus meudan lorg de naitridean, a dh'fheumar a thoirt air falbh airson cleachdadh gnìomhachais.

4. Purification: Ag ùrachadh amh gu High-Purity Liquid Argon

Airson tagraidhean an latha an-diugh, gu sònraichte anns na gnìomhachasan semiconductor agus aerospace, feumaidh argon a bhith “còig nines” fìor-ghlan (99.999%). Feumaidh an argon amh a dhol tro ghlanadh teann.

Pròiseas Catalytic “Deoxo”.

Gus an 2% ocsaidean a tha air fhàgail a thoirt air falbh, thèid an argon amh a chuir gu reactar catalytach ris an canar aonad Deoxo. Taobh a-staigh, tha gas hydrogen fìor-ghlan air a thoirt a-steach don t-sruth leaghaidh.
Fo làthaireachd palladium no catalyst platanam, bidh an hydrogen ag ath-fhreagairt gu ceimigeach leis na moileciuilean ocsaidean meallta gus uisge a chruthachadh (2H).₂ +o₂ → 2h₂O). Bidh an t-ath-bhualadh seo a 'leigeil a-mach beagan teas, a' tionndadh an argon air ais gu gas.

Tiormachadh deireannach agus grùdaireachd

Thèid an gas an uairsin tro chriathar moileciuil àrd-sgoile gus na moileciuilean uisge a tha air ùr chruthachadh a thoirt air falbh. Mu dheireadh, an tioram, gas argon gun ocsaidean air a bhiadhadh a-steach do cholbh grùdaireachd deireannach - an colbh argon fìor.

An seo, tha an argon air fhuarachadh a-rithist gus an dùin e air ais gu staid leaghan. Tha lorg nitrigin sam bith a tha air fhàgail, a tha fhathast gasach aig teòthachd argon leaghaidh, air a thionndadh bho mhullach a 'cholbh. Tha an cruinneachadh toraidh a thig às aig a’ bhonn air a ghlanadh gu mòr, Argon Liquid ultra-fhuar (LAR), deiseil airson a sgaoileadh gu malairteach.

5. Stòradh agus Còmhdhail Liquid Argon

Aon uair ‘s gu bheilear a’ freagairt na ceist mu mar a tha gas argon air a shaoradh, is e an ath dhùbhlan a chumail san stàit sin. Aig -185.8 ° C, bheir buaidh sam bith air teas na h-àrainneachd air an leaghan goil gu fòirneartach air ais gu gas - rud ris an canar Boil-Off Gas (BOG).

Gus cuir an-aghaidh seo, tha argon leaghaidh air a phumpadh a-steach do thancaichean stòraidh cryogenic air leth sònraichte le còmhdach falamh. Bidh na tancaichean sin ag obair mar an ceudna ri flasg thermos. Tha iad air an dèanamh suas de shoitheach a-staigh air a dhèanamh de stàilinn gun staoin (nach eil a’ fàs brisg aig teòthachd cryogenic) agus soitheach a-muigh air a dhèanamh le stàilinn gualain. Tha an t-àite eadar an dà shoitheach air a lìonadh le pùdar inslitheach (mar perlite) agus air a phumpadh sìos gu falamh a tha cha mhòr foirfe gus cuir às do ghluasad teas convective agus giùlain.

Nuair a thèid a ghiùlan gu luchd-cleachdaidh deireannach, tha LAR air a ghiùlan ann an trucaichean tancair cryogenic sònraichte. Nuair a ruigeas tu ionad saothrachaidh no ospadal, thèid a ghluasad gu soitheach falamh le seacaid falamh air an làrach. Nuair a dh ’fheumas an neach-ceannach argon gasach airson na pròiseasan aca, tha an leaghan dìreach air a stiùireadh tro vaporizer èadhair àrainneachd - sreath de phìoban alùmanum finned a bhios a’ sùghadh teas bhon adhar mun cuairt, a ’blàthachadh an leaghan gu sàbhailte air ais gu gas le cuideam àrd.

6. Co-dhùnadh

Tha cruth-atharrachadh èadhar neo-fhaicsinneach, àrainneachdail gu bhith na leaghan fìor-ghlan, fo-neoni na iongnadh air innleadaireachd cheimigeach an latha an-diugh agus thermodynamics. Tro na h-ìrean teann de dhlùthadh àrd-bhruthadh, sìoladh moileciuil, leudachadh Joule-Thomson, agus grùdaireachd bloigh fìor mhothachail, faodaidh gnìomhachasan an argon a tha a’ còmhdach ar planaid a bhuain gu h-èifeachdach.

Tuigse liquefaction gas argon deatamach airson slabhraidhean solair cruinneil a bharrachadh. Mar a bhios teicneòlasan a’ dol air adhart - gu sònraichte ann an saothrachadh dealanach, clò-bhualadh meatailt 3D, agus innleadaireachd aerospace - cha lean an eisimeil air argon lionn fìor-ghlan, air a ghiùlan gu h-èifeachdach a’ fàs, a’ fàgail sgaradh èadhair cryogenic mar aon de na pròiseasan gnìomhachais as deatamaiche, ach nach eil air a mheas gu leòr, san t-saoghal ùr.

7. Ceistean Cumanta

Q1: Dè an teòthachd a bhios argon gu bhith na leaghan?

Bidh argon a’ gluasad bho ghas gu leaghan aig ìre ghoil de -185.8°C (-302.4°F) aig cuideam àbhaisteach àile. Gus a chumail ann an staid leaghan airson stòradh agus còmhdhail, feumar a chumail aig no nas ìsle na an teòthachd cryogenic seo a ’cleachdadh soithichean sònraichte le còmhdach falamh gus casg a chuir air goil agus leudachadh luath.

Q2: Carson a tha argon air a ghiùlan mar leaghan seach gas?

Is e am prìomh adhbhar èifeachdas meud. Nuair a thèid argon a fhuarachadh a-steach do leaghan, bidh e a’ dlùthachadh aig co-mheas 1 gu 840. Tha seo a’ ciallachadh gu bheil aon liotair de argon liùlach a’ toirt a-steach co-ionann ri 840 liotair de ghas argon. Le bhith ga ghiùlan mar leaghan leigidh solaraichean meud mòr, mòr a lìbhrigeadh ann an aon làraidh, a tha tòrr nas èifeachdaiche a thaobh cosgais agus practaigeach a thaobh loidsistigs na bhith a’ giùlan siolandairean gas trom le cuideam àrd.

Q3: A bheil làimhseachadh argon leaghaidh cunnartach?

Tha, tha argon leaghaidh a’ nochdadh cunnartan gnìomhachais mòra gu sònraichte air sgàth cho fìor fhuar agus a nàdar mar asphyxiant. Faodaidh conaltradh craiceann le argon liùlach no pìobaireachd cryogenic gun chòmhdach adhbhrachadh le reothadh mòr no losgadh cryogenach sa bhad. A bharrachd air an sin, leis gu bheil e a’ leudachadh gu luath fhad ‘s a tha e a’ blàthachadh (840 uair an tomhas-lìonaidh aige), faodaidh aodion beag de argon liùlach ann an àite dùinte ocsaidean àrainneachd a chuir às gu sgiobalta, a ’leantainn gu cunnart àrd de asphyxiation airson luchd-obrach faisg air làimh gun rabhadh sam bith, leis gu bheil an gas gun dath agus gun bholadh. Tha cruaidh fheum air fionnarachadh ceart agus uidheamachd dìon pearsanta (PPE).