आर्गन (Ar) एक दुर्लभ गैस है जिसका व्यापक रूप से धातुकर्म, वेल्डिंग, रासायनिक उद्योग और अन्य क्षेत्रों में उपयोग किया जाता है। आर्गन का उत्पादन मुख्य रूप से हवा में विभिन्न गैस घटकों को अलग करने पर निर्भर करता है, क्योंकि वायुमंडल में आर्गन की सांद्रता लगभग 0.93% है। औद्योगिक आर्गन उत्पादन के लिए दो प्राथमिक विधियाँ क्रायोजेनिक आसवन और दबाव स्विंग सोखना (पीएसए) हैं।

क्रायोजेनिक आसवन

क्रायोजेनिक आसवन उद्योग में आर्गन पृथक्करण के लिए सबसे अधिक इस्तेमाल की जाने वाली विधि है। यह विधि हवा में विभिन्न गैस घटकों के क्वथनांक में अंतर का उपयोग करती है, कम तापमान पर हवा को द्रवीकृत करती है, और आसवन स्तंभ के माध्यम से गैसों को अलग करती है।

प्रक्रिया प्रवाह:

वायु पूर्व उपचार: सबसे पहले, नमी और कार्बन डाइऑक्साइड को हटाने के लिए हवा को संपीड़ित किया जाता है और शुरू में ठंडा किया जाता है। यह चरण आमतौर पर नमी और अशुद्धियों को दूर करने के लिए ड्रायर (सीडी) या आणविक छलनी सोखने वाले का उपयोग करके प्राप्त किया जाता है।

वायु संपीड़न और शीतलन: सूखने के बाद, हवा को कई मेगापास्कल दबाव तक संपीड़ित किया जाता है, और फिर हवा के तापमान को उसके द्रवीकरण बिंदु के करीब लाने के लिए एक शीतलन उपकरण (जैसे, एक एयर कूलर) के माध्यम से ठंडा किया जाता है। इस प्रक्रिया से हवा का तापमान -170 तक कम हो जाता है°सी से -180°सी।

वायु द्रवीकरण: ठंडी हवा एक विस्तार वाल्व से होकर गुजरती है और क्रायोजेनिक आसवन स्तंभ में प्रवेश करती है। हवा में मौजूद घटकों को उनके क्वथनांक के आधार पर धीरे-धीरे स्तंभ के अंदर अलग किया जाता है। नाइट्रोजन (एन₂) और ऑक्सीजन (O₂) कम तापमान पर अलग हो जाते हैं, जबकि आर्गन (Ar), नाइट्रोजन और ऑक्सीजन के बीच क्वथनांक (-195.8) होता है°नाइट्रोजन के लिए सी, -183°ऑक्सीजन के लिए C, और -185.7°आर्गन के लिए सी), स्तंभ के विशिष्ट अनुभागों में एकत्र किया जाता है।

आंशिक आसवन: आसवन स्तंभ में, तरल हवा विभिन्न तापमानों पर वाष्पित और संघनित होती है, और आर्गन प्रभावी रूप से अलग हो जाता है। अलग किए गए आर्गन को फिर एकत्र किया जाता है और फिर शुद्ध किया जाता है।

आर्गन शुद्धि:

क्रायोजेनिक आसवन से आम तौर पर 99% से अधिक शुद्धता वाला आर्गन प्राप्त होता है। कुछ अनुप्रयोगों के लिए (उदाहरण के लिए, इलेक्ट्रॉनिक्स उद्योग या उच्च-स्तरीय सामग्री प्रसंस्करण में), नाइट्रोजन और ऑक्सीजन जैसी सूक्ष्म अशुद्धियों को हटाने के लिए अधिशोषक (जैसे सक्रिय कार्बन या आणविक छलनी) का उपयोग करके आगे शुद्धिकरण की आवश्यकता हो सकती है।

दबाव स्विंग सोखना (पीएसए)

प्रेशर स्विंग सोखना (पीएसए) आर्गन उत्पन्न करने की एक और विधि है, जो छोटे पैमाने पर उत्पादन के लिए उपयुक्त है। यह विधि आणविक छलनी जैसी सामग्रियों पर विभिन्न गैसों की विभिन्न सोखने की विशेषताओं का उपयोग करके आर्गन को हवा से अलग करती है।

प्रक्रिया प्रवाह:

सोखना टॉवर: हवा आणविक छलनी से भरे एक सोखने वाले टॉवर से होकर गुजरती है, जहां आणविक छलनी द्वारा नाइट्रोजन और ऑक्सीजन को दृढ़ता से अवशोषित किया जाता है, जबकि आर्गन जैसी अक्रिय गैसों को अवशोषित नहीं किया जाता है, जिससे उन्हें नाइट्रोजन और ऑक्सीजन से अलग होने की अनुमति मिलती है।

सोखना और सोखना: एक चक्र के दौरान, सोखना टॉवर पहले उच्च दबाव में हवा से नाइट्रोजन और ऑक्सीजन को सोखता है, जबकि आर्गन टॉवर के आउटलेट से बाहर बहता है। फिर, दबाव को कम करके, आणविक छलनी से नाइट्रोजन और ऑक्सीजन का अवशोषण, और दबाव स्विंग पुनर्जनन के माध्यम से सोखना टॉवर की सोखने की क्षमता को बहाल किया जाता है।

मल्टी-टावर साइकिल: आमतौर पर, कई सोखना टावरों का उपयोग वैकल्पिक रूप से किया जाता है—एक सोखने के लिए जबकि दूसरा सोखने के लिए—निरंतर उत्पादन की अनुमति देना।

पीएसए विधि का लाभ यह है कि इसमें सरल सेटअप और कम परिचालन लागत है, लेकिन उत्पादित आर्गन की शुद्धता आमतौर पर क्रायोजेनिक आसवन की तुलना में कम होती है। यह कम आर्गन मांग वाली स्थितियों के लिए उपयुक्त है।

आर्गन शुद्धि

चाहे क्रायोजेनिक आसवन या पीएसए का उपयोग किया जाए, उत्पन्न आर्गन में आमतौर पर थोड़ी मात्रा में ऑक्सीजन, नाइट्रोजन या जल वाष्प होता है। आर्गन की शुद्धता में सुधार के लिए, आम तौर पर आगे शुद्धिकरण कदमों की आवश्यकता होती है:

अशुद्धियों का संघनन: आर्गन को संघनित करने और कुछ अशुद्धियों को अलग करने के लिए इसे और ठंडा किया जाता है।

आणविक चलनी सोखना: नाइट्रोजन, ऑक्सीजन, या जल वाष्प की थोड़ी मात्रा को हटाने के लिए उच्च दक्षता वाले आणविक छलनी अवशोषक का उपयोग करना। आणविक छलनी में विशिष्ट छिद्र आकार होते हैं जो चुनिंदा गैस अणुओं को सोख सकते हैं।

झिल्ली पृथक्करण प्रौद्योगिकी: कुछ मामलों में, गैस पृथक्करण झिल्ली तकनीक का उपयोग चयनात्मक पारगमन के आधार पर गैसों को अलग करने के लिए किया जा सकता है, जिससे आर्गन की शुद्धता में और वृद्धि होती है।

ऑन-साइट आर्गन उत्पादन के लिए सावधानियां

सुरक्षा उपाय:

क्रायोजेनिक खतरा: तरल आर्गन अत्यधिक ठंडा है, और शीतदंश को रोकने के लिए इसके सीधे संपर्क से बचना चाहिए। ऑपरेटरों को विशेष क्रायोजेनिक सुरक्षात्मक कपड़े, दस्ताने और काले चश्मे पहनने चाहिए।

दम घुटने का ख़तरा: आर्गन एक अक्रिय गैस है और ऑक्सीजन को विस्थापित कर सकती है। बंद स्थानों में, आर्गन के रिसाव से ऑक्सीजन के स्तर में कमी हो सकती है, जिसके परिणामस्वरूप दम घुट सकता है। इसलिए, जिन क्षेत्रों में आर्गन का उत्पादन और भंडारण किया जाता है, उन्हें अच्छी तरह हवादार होने की आवश्यकता है, और ऑक्सीजन निगरानी प्रणाली स्थापित की जानी चाहिए।

उपकरण रखरखाव:

दबाव और तापमान नियंत्रण: आर्गन उत्पादन उपकरण को दबाव और तापमान के सख्त नियंत्रण की आवश्यकता होती है, विशेष रूप से क्रायोजेनिक आसवन स्तंभ और सोखना टावरों में। यह सुनिश्चित करने के लिए कि सभी पैरामीटर सामान्य सीमा के भीतर हैं, उपकरण का नियमित रूप से निरीक्षण किया जाना चाहिए।

रिसाव निवारण: चूंकि आर्गन प्रणाली उच्च दबाव और कम तापमान पर काम करती है, इसलिए सील की अखंडता महत्वपूर्ण है। गैस रिसाव को रोकने के लिए गैस पाइपलाइनों, जोड़ों और वाल्वों की समय-समय पर जाँच की जानी चाहिए।

गैस शुद्धता नियंत्रण:

परिशुद्धता निगरानी: आवश्यक आर्गन की शुद्धता अनुप्रयोग के आधार पर भिन्न होती है। आर्गन की शुद्धता की जांच करने और यह सुनिश्चित करने के लिए कि उत्पाद औद्योगिक मानकों को पूरा करता है, गैस विश्लेषक का नियमित रूप से उपयोग किया जाना चाहिए।

अशुद्धता प्रबंधन: विशेष रूप से, क्रायोजेनिक आसवन में, आर्गन का पृथक्करण आसवन स्तंभ डिजाइन, परिचालन स्थितियों और शीतलन प्रभावशीलता से प्रभावित हो सकता है। आर्गन के अंतिम उपयोग के आधार पर आगे शुद्धिकरण आवश्यक हो सकता है (उदाहरण के लिए, इलेक्ट्रॉनिक्स उद्योग के लिए अति उच्च शुद्धता वाला आर्गन)।

ऊर्जा दक्षता प्रबंधन:

ऊर्जा की खपत: क्रायोजेनिक आसवन ऊर्जा-गहन है, इसलिए ऊर्जा हानि को कम करने के लिए शीतलन और संपीड़न प्रक्रियाओं को अनुकूलित करने के प्रयास किए जाने चाहिए।

अपशिष्ट ताप पुनर्प्राप्ति: आधुनिक आर्गन उत्पादन सुविधाएं अक्सर क्रायोजेनिक आसवन प्रक्रिया के दौरान उत्पादित ठंडी ऊर्जा को पुनर्प्राप्त करने के लिए अपशिष्ट ताप पुनर्प्राप्ति प्रणालियों का उपयोग करती हैं, जिससे समग्र ऊर्जा दक्षता में सुधार होता है।

औद्योगिक उत्पादन में, आर्गन मुख्य रूप से क्रायोजेनिक आसवन और दबाव स्विंग सोखना विधियों पर निर्भर करता है। क्रायोजेनिक आसवन का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है बड़े पैमाने पर आर्गन का उत्पादन उच्च शुद्धता वाला आर्गन प्रदान करने की इसकी क्षमता के कारण। उत्पादन के दौरान सुरक्षा, उपकरण रखरखाव, गैस शुद्धता नियंत्रण और ऊर्जा दक्षता प्रबंधन सुनिश्चित करने के लिए विशेष ध्यान देने की आवश्यकता है।