આર્ગોન (Ar) ધાતુશાસ્ત્ર, વેલ્ડીંગ, રાસાયણિક ઉદ્યોગો અને અન્ય ક્ષેત્રોમાં વ્યાપકપણે ઉપયોગમાં લેવાતો દુર્લભ ગેસ છે. આર્ગોનનું ઉત્પાદન મુખ્યત્વે હવામાં વિવિધ ગેસ ઘટકોને અલગ કરવા પર આધાર રાખે છે, કારણ કે વાતાવરણમાં આર્ગોનની સાંદ્રતા લગભગ 0.93% છે. ઔદ્યોગિક આર્ગોન ઉત્પાદન માટેની બે પ્રાથમિક પદ્ધતિઓ ક્રાયોજેનિક ડિસ્ટિલેશન અને પ્રેશર સ્વિંગ એડસોર્પ્શન (પીએસએ) છે.

ક્રાયોજેનિક નિસ્યંદન

ઉદ્યોગમાં આર્ગોન અલગ કરવા માટે ક્રાયોજેનિક નિસ્યંદન એ સૌથી સામાન્ય રીતે ઉપયોગમાં લેવાતી પદ્ધતિ છે. આ પદ્ધતિ હવામાં વિવિધ ગેસ ઘટકોના ઉત્કલન બિંદુઓમાં તફાવતનો ઉપયોગ કરે છે, નીચા તાપમાને હવાને પ્રવાહી બનાવે છે અને નિસ્યંદન સ્તંભ દ્વારા વાયુઓને અલગ કરે છે.

પ્રક્રિયા પ્રવાહ:

હવા પૂર્વ-સારવાર: સૌપ્રથમ, ભેજ અને કાર્બન ડાયોક્સાઇડને દૂર કરવા માટે હવાને સંકુચિત કરવામાં આવે છે અને શરૂઆતમાં ઠંડુ કરવામાં આવે છે. આ પગલું સામાન્ય રીતે ભેજ અને અશુદ્ધિઓને દૂર કરવા માટે સુકાં (CD) અથવા મોલેક્યુલર ચાળણીના શોષકનો ઉપયોગ કરીને પ્રાપ્ત થાય છે.

એર કમ્પ્રેશન અને કૂલિંગ: સૂકાયા પછી, હવાને કેટલાક મેગાપાસ્કલ દબાણમાં સંકુચિત કરવામાં આવે છે, અને પછી હવાના તાપમાનને તેના પ્રવાહી બિંદુની નજીક લાવવા માટે ઠંડક ઉપકરણ (દા.ત., એર કૂલર) દ્વારા ઠંડુ કરવામાં આવે છે. આ પ્રક્રિયા હવાના તાપમાનને -170 સુધી ઘટાડે છે°સી થી -180°સી.

એર લિક્વિફેક્શન: ઠંડી હવા વિસ્તરણ વાલ્વમાંથી પસાર થાય છે અને ક્રાયોજેનિક નિસ્યંદન સ્તંભમાં પ્રવેશ કરે છે. હવામાંના ઘટકો તેમના ઉત્કલન બિંદુઓના આધારે ધીમે ધીમે કૉલમની અંદર અલગ પડે છે. નાઇટ્રોજન (એન₂) અને ઓક્સિજન (ઓ₂) નીચા તાપમાને અલગ પડે છે, જ્યારે આર્ગોન (Ar), નાઇટ્રોજન અને ઓક્સિજન (-195.8) વચ્ચે ઉત્કલન બિંદુ ધરાવે છે°નાઇટ્રોજન માટે C, -183°ઓક્સિજન માટે C, અને -185.7°આર્ગોન માટે C), કૉલમના ચોક્કસ વિભાગોમાં એકત્રિત કરવામાં આવે છે.

અપૂર્ણાંક નિસ્યંદન: નિસ્યંદન સ્તંભમાં, પ્રવાહી હવા વિવિધ તાપમાને બાષ્પીભવન થાય છે અને ઘટ્ટ થાય છે, અને આર્ગોન અસરકારક રીતે અલગ પડે છે. પછી અલગ થયેલ આર્ગોન એકત્રિત કરવામાં આવે છે અને વધુ શુદ્ધ કરવામાં આવે છે.

આર્ગોન શુદ્ધિકરણ:

ક્રાયોજેનિક નિસ્યંદન સામાન્ય રીતે 99% થી વધુ શુદ્ધતા સાથે આર્ગોન પેદા કરે છે. અમુક એપ્લિકેશનો માટે (દા.ત., ઈલેક્ટ્રોનિક્સ ઉદ્યોગમાં અથવા ઉચ્ચ સ્તરની સામગ્રીની પ્રક્રિયામાં), નાઈટ્રોજન અને ઓક્સિજન જેવી અશુદ્ધિઓને દૂર કરવા માટે વધુ શુદ્ધિકરણની જરૂર પડી શકે છે.

પ્રેશર સ્વિંગ એડસોર્પ્શન (પીએસએ)

પ્રેશર સ્વિંગ એડસોર્પ્શન (પીએસએ) એ આર્ગોન ઉત્પન્ન કરવાની બીજી પદ્ધતિ છે, જે નાના પાયે ઉત્પાદન માટે યોગ્ય છે. આ પદ્ધતિ પરમાણુ ચાળણી જેવી સામગ્રી પર વિવિધ વાયુઓની વિવિધ શોષણ લાક્ષણિકતાઓનો ઉપયોગ કરીને આર્ગોનને હવાથી અલગ કરે છે.

પ્રક્રિયા પ્રવાહ:

શોષણ ટાવર: હવા મોલેક્યુલર ચાળણીઓથી ભરેલા શોષણ ટાવરમાંથી પસાર થાય છે, જ્યાં નાઇટ્રોજન અને ઓક્સિજન પરમાણુ ચાળણીઓ દ્વારા મજબૂત રીતે શોષાય છે, જ્યારે આર્ગોન જેવા નિષ્ક્રિય વાયુઓ શોષાતા નથી, જે તેમને નાઇટ્રોજન અને ઓક્સિજનથી અલગ થવા દે છે.

શોષણ અને શોષણ: એક ચક્ર દરમિયાન, શોષણ ટાવર પ્રથમ ઉચ્ચ દબાણ હેઠળ હવામાંથી નાઇટ્રોજન અને ઓક્સિજનને શોષી લે છે, જ્યારે આર્ગોન ટાવરના આઉટલેટમાંથી બહાર વહે છે. પછી, દબાણ ઘટાડીને, મોલેક્યુલર ચાળણીમાંથી નાઇટ્રોજન અને ઓક્સિજન શોષાય છે, અને પ્રેશર સ્વિંગ રિજનરેશન દ્વારા શોષણ ટાવરની શોષણ ક્ષમતા પુનઃસ્થાપિત થાય છે.

મલ્ટી-ટાવર સાયકલ: સામાન્ય રીતે, બહુવિધ શોષણ ટાવર્સનો વૈકલ્પિક રીતે ઉપયોગ થાય છે—એક શોષણ માટે જ્યારે અન્ય શોષણમાં છે—સતત ઉત્પાદન માટે પરવાનગી આપે છે.

PSA પદ્ધતિનો ફાયદો એ છે કે તેમાં સરળ સેટઅપ અને ઓછા સંચાલન ખર્ચ છે, પરંતુ ઉત્પાદિત આર્ગોનની શુદ્ધતા સામાન્ય રીતે ક્રાયોજેનિક નિસ્યંદન કરતા ઓછી હોય છે. તે ઓછી આર્ગોન માંગ સાથે પરિસ્થિતિઓ માટે યોગ્ય છે.

આર્ગોન શુદ્ધિકરણ

ક્રાયોજેનિક નિસ્યંદન અથવા PSA નો ઉપયોગ કરીને, જનરેટ થયેલ આર્ગોનમાં સામાન્ય રીતે ઓક્સિજન, નાઇટ્રોજન અથવા પાણીની વરાળ ઓછી માત્રામાં હોય છે. આર્ગોનની શુદ્ધતા સુધારવા માટે, વધુ શુદ્ધિકરણ પગલાં સામાન્ય રીતે જરૂરી છે:

અશુદ્ધિઓનું ઘનીકરણ: કેટલીક અશુદ્ધિઓને ઘટ્ટ કરવા અને અલગ કરવા માટે આર્ગોનને વધુ ઠંડુ કરવું.

મોલેક્યુલર ચાળણી શોષણ: નાઇટ્રોજન, ઓક્સિજન અથવા પાણીની વરાળની માત્રાને દૂર કરવા માટે ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતા પરમાણુ ચાળણીના શોષકોનો ઉપયોગ કરવો. મોલેક્યુલર ચાળણીમાં ચોક્કસ છિદ્ર કદ હોય છે જે ચોક્કસ ગેસના અણુઓને પસંદગીયુક્ત રીતે શોષી શકે છે.

પટલ અલગ કરવાની ટેકનોલોજી: કેટલાક કિસ્સાઓમાં, વાયુ વિભાજન પટલ ટેકનોલોજીનો ઉપયોગ પસંદગીયુક્ત પ્રવેશના આધારે વાયુઓને અલગ કરવા માટે કરી શકાય છે, જે આર્ગોનની શુદ્ધતામાં વધુ વધારો કરે છે.

ઓન-સાઇટ આર્ગોન ઉત્પાદન માટે સાવચેતીઓ

સલામતીનાં પગલાં:

ક્રાયોજેનિક સંકટ: પ્રવાહી આર્ગોન અત્યંત ઠંડુ છે, અને હિમ લાગવાથી બચવા માટે તેની સાથે સીધો સંપર્ક ટાળવો જોઈએ. ઓપરેટરોએ વિશિષ્ટ ક્રાયોજેનિક રક્ષણાત્મક કપડાં, મોજા અને ગોગલ્સ પહેરવા જોઈએ.

ગૂંગળામણનું જોખમ: આર્ગોન એક નિષ્ક્રિય ગેસ છે અને ઓક્સિજનને વિસ્થાપિત કરી શકે છે. બંધ જગ્યાઓમાં, આર્ગોન લિકેજ ઓક્સિજનના સ્તરમાં ઘટાડો તરફ દોરી શકે છે, પરિણામે ગૂંગળામણ થાય છે. તેથી, જે વિસ્તારોમાં આર્ગોન ઉત્પન્ન થાય છે અને સંગ્રહિત થાય છે તે સારી રીતે વેન્ટિલેટેડ હોવું જરૂરી છે, અને ઓક્સિજન મોનિટરિંગ સિસ્ટમ્સ ઇન્સ્ટોલ કરવી જોઈએ.

સાધનોની જાળવણી:

દબાણ અને તાપમાન નિયંત્રણ: આર્ગોન ઉત્પાદન સાધનોને દબાણ અને તાપમાનનું કડક નિયંત્રણ જરૂરી છે, ખાસ કરીને ક્રાયોજેનિક ડિસ્ટિલેશન કોલમ અને શોષણ ટાવર્સમાં. બધા પરિમાણો સામાન્ય રેન્જમાં છે તેની ખાતરી કરવા માટે સાધનોનું નિયમિતપણે નિરીક્ષણ કરવું જોઈએ.

લીક નિવારણ: આર્ગોન સિસ્ટમ ઉચ્ચ દબાણ અને નીચા તાપમાન હેઠળ કાર્ય કરતી હોવાથી, સીલની અખંડિતતા નિર્ણાયક છે. ગેસ લિકેજને રોકવા માટે ગેસ પાઇપલાઇન્સ, સાંધા અને વાલ્વની સમયાંતરે તપાસ કરવી જોઈએ.

ગેસ શુદ્ધતા નિયંત્રણ:

ચોકસાઇ દેખરેખ: આવશ્યક આર્ગોનની શુદ્ધતા એપ્લિકેશનના આધારે બદલાય છે. આર્ગોનની શુદ્ધતા ચકાસવા અને ઉત્પાદન ઔદ્યોગિક ધોરણોને પૂર્ણ કરે છે તેની ખાતરી કરવા માટે ગેસ વિશ્લેષકોનો નિયમિત ઉપયોગ કરવો જોઈએ.

અશુદ્ધિ વ્યવસ્થાપન: ખાસ કરીને, ક્રાયોજેનિક નિસ્યંદનમાં, આર્ગોનનું વિભાજન નિસ્યંદન સ્તંભની રચના, કાર્યકારી પરિસ્થિતિઓ અને ઠંડકની અસરકારકતા દ્વારા પ્રભાવિત થઈ શકે છે. આર્ગોનના અંતિમ ઉપયોગ (દા.ત., ઈલેક્ટ્રોનિક્સ ઉદ્યોગ માટે અતિ-ઉચ્ચ શુદ્ધતા આર્ગોન)ના આધારે વધુ શુદ્ધિકરણ જરૂરી હોઈ શકે છે.

ઉર્જા કાર્યક્ષમતા વ્યવસ્થાપન:

ઊર્જા વપરાશ: ક્રાયોજેનિક નિસ્યંદન ઊર્જા-સઘન છે, તેથી ઊર્જાના નુકસાનને ઘટાડવા માટે ઠંડક અને કમ્પ્રેશન પ્રક્રિયાઓને ઑપ્ટિમાઇઝ કરવાના પ્રયાસો કરવા જોઈએ.

વેસ્ટ હીટ રિકવરી: આધુનિક આર્ગોન ઉત્પાદન સુવિધાઓ ઘણીવાર ક્રાયોજેનિક નિસ્યંદન પ્રક્રિયા દરમિયાન ઉત્પન્ન થતી ઠંડી ઊર્જાને પુનઃપ્રાપ્ત કરવા માટે કચરો ઉષ્મા પુનઃપ્રાપ્તિ પ્રણાલીઓનો ઉપયોગ કરે છે, સમગ્ર ઊર્જા કાર્યક્ષમતામાં સુધારો કરે છે.

ઔદ્યોગિક ઉત્પાદનમાં, આર્ગોન મુખ્યત્વે ક્રાયોજેનિક નિસ્યંદન અને દબાણ સ્વિંગ શોષણ પદ્ધતિઓ પર આધારિત છે. ક્રાયોજેનિક નિસ્યંદન માટે વ્યાપકપણે ઉપયોગ થાય છે મોટા પાયે આર્ગોન ઉત્પાદન ઉચ્ચ શુદ્ધતા આર્ગોન પ્રદાન કરવાની તેની ક્ષમતાને કારણે. ઉત્પાદન દરમિયાન સલામતી, સાધનસામગ્રીની જાળવણી, ગેસ શુદ્ધતા નિયંત્રણ અને ઊર્જા કાર્યક્ષમતા વ્યવસ્થાપનની ખાતરી કરવા માટે ખાસ ધ્યાન આપવું જરૂરી છે.