Արգոն (Ar) հազվագյուտ գազ է, որը լայնորեն օգտագործվում է մետաղագործության, եռակցման, քիմիական արդյունաբերության և այլ ոլորտներում։ Արգոնի արտադրությունը հիմնականում հիմնված է օդում գազի տարբեր բաղադրիչների բաժանման վրա, քանի որ մթնոլորտում արգոնի կոնցենտրացիան կազմում է մոտ 0,93%: Արգոնի արդյունաբերական արտադրության երկու հիմնական մեթոդներն են կրիոգեն թորումը և ճնշման ճոճվող ադսորբցիան ​​(PSA):

Կրիոգենիկ թորում

Կրիոգենային թորումը արդյունաբերության մեջ արգոնի տարանջատման ամենատարածված մեթոդն է: Այս մեթոդը օգտագործում է օդում տարբեր գազի բաղադրիչների եռման կետերի տարբերությունները, ցածր ջերմաստիճաններում օդը հեղուկացնում և գազերը բաժանում է թորման սյունակի միջոցով:

Գործընթացի հոսք.

Օդի նախնական բուժում. Նախ, օդը սեղմվում է և սկզբում սառչում, որպեսզի հեռացնեն խոնավությունը և ածխաթթու գազը: Այս քայլը սովորաբար ձեռք է բերվում չորանոցի (CD) կամ մոլեկուլային մաղի կլանիչի միջոցով՝ խոնավությունը և կեղտը հեռացնելու համար:

Օդի սեղմում և հովացում. Չորացնելուց հետո օդը սեղմվում է մինչև մի քանի մեգապասկալ ճնշում, այնուհետև սառչում է սառեցնող սարքի միջոցով (օրինակ՝ օդի սառեցնող սարքի միջոցով)՝ օդի ջերմաստիճանը մոտեցնելու իր հեղուկացման կետին: Այս գործընթացը իջեցնում է օդի ջերմաստիճանը մինչև -170°C-ից -180°Գ.

Օդի հեղուկացում. Սառեցված օդը անցնում է ընդարձակման փականով և մտնում է կրիոգեն թորման սյուն: Օդի բաղադրիչները աստիճանաբար բաժանվում են սյունակի ներսում՝ ելնելով դրանց եռման կետերից: Ազոտ (N₂) և թթվածին (Օ₂) բաժանվում են ավելի ցածր ջերմաստիճաններում, մինչդեռ արգոնը (Ar), ունենալով եռման կետ ազոտի և թթվածնի միջև (-195,8):°C ազոտի համար, -183°C թթվածնի համար, իսկ -185,7°C արգոնի համար), հավաքվում է սյունակի հատուկ հատվածներում:

Կոտորակային թորում. Թորման սյունակում հեղուկ օդը գոլորշիանում և խտանում է տարբեր ջերմաստիճաններում, և արգոնը արդյունավետորեն առանձնացվում է: Այնուհետև առանձնացված արգոնը հավաքվում է և հետագայում մաքրվում:

Արգոնի մաքրում.

Կրիոգեն թորումը սովորաբար տալիս է արգոն 99%-ից բարձր մաքրությամբ: Որոշ կիրառությունների համար (օրինակ՝ էլեկտրոնիկայի արդյունաբերությունում կամ բարձրորակ նյութերի վերամշակման մեջ), կարող է պահանջվել հետագա մաքրում ներծծող նյութերի (օրինակ՝ ակտիվացված ածխածնի կամ մոլեկուլային մաղերի) միջոցով՝ ազոտի և թթվածնի հետքերը հեռացնելու համար:

Ճնշման ճոճանակի կլանումը (PSA)

Ճնշման ճոճվող ադսորբցիան ​​(PSA) արգոն գեներացնելու ևս մեկ մեթոդ է, որը հարմար է ավելի փոքրածավալ արտադրության համար: Այս մեթոդը առանձնացնում է արգոնը օդից՝ օգտագործելով տարբեր գազերի կլանման տարբեր բնութագրերը այնպիսի նյութերի վրա, ինչպիսիք են մոլեկուլային մաղերը:

Գործընթացի հոսք.

Adsorption Tower: Օդն անցնում է մոլեկուլային մաղերով լցված ադսորբցիոն աշտարակի միջով, որտեղ ազոտը և թթվածինը ուժեղ կլանվում են մոլեկուլային մաղերով, մինչդեռ արգոնի նման իներտ գազերը չեն ներծծվում, ինչը թույլ է տալիս նրանց առանձնանալ ազոտից և թթվածնից:

Adsorption և Desorption. Մեկ ցիկլի ընթացքում ադսորբցիոն աշտարակը նախ բարձր ճնշման տակ կլանում է օդից ազոտը և թթվածինը, մինչդեռ արգոնը հոսում է աշտարակի ելքի միջով: Այնուհետև, նվազեցնելով ճնշումը, ազոտը և թթվածինը կլանում են մոլեկուլային մաղերից, և կլանման աշտարակի կլանման կարողությունը վերականգնվում է ճնշման ճոճանակի վերականգնման միջոցով:

Բազմաշտարակի ցիկլ. Սովորաբար, մի քանի կլանման աշտարակներ օգտագործվում են հերթափոխով—մեկը ադսորբցիայի համար, իսկ մյուսը գտնվում է կլանման մեջ—թույլ տալով շարունակական արտադրություն:

PSA մեթոդի առավելությունն այն է, որ այն ունի ավելի պարզ կարգավորում և ավելի ցածր գործառնական ծախսեր, սակայն արտադրված արգոնի մաքրությունը սովորաբար ավելի ցածր է, քան կրիոգեն թորման դեպքում: Այն հարմար է արգոնի ավելի ցածր պահանջարկ ունեցող իրավիճակների համար:

Արգոնի մաքրում

Անկախ նրանից, թե օգտագործելով կրիոգեն թորում կամ PSA, առաջացած արգոնը սովորաբար պարունակում է փոքր քանակությամբ թթվածին, ազոտ կամ ջրային գոլորշի: Արգոնի մաքրությունը բարելավելու համար սովորաբար պահանջվում են մաքրման հետագա քայլեր.

Կեղտերի խտացում. Արգոնի հետագա սառեցումը խտացնելու և որոշ կեղտերից առանձնացնելու համար:

Մոլեկուլային մաղի Adsorption: Օգտագործելով բարձր արդյունավետության մոլեկուլային մաղի կլանիչներ՝ ազոտի, թթվածնի կամ ջրի գոլորշիների հետքի քանակները հեռացնելու համար: Մոլեկուլային մաղերն ունեն ծակոտիների հատուկ չափեր, որոնք կարող են ընտրողաբար կլանել որոշակի գազի մոլեկուլներ:

Մեմբրանի բաժանման տեխնոլոգիա. Որոշ դեպքերում գազերի տարանջատման մեմբրանի տեխնոլոգիան կարող է օգտագործվել ընտրովի ներթափանցման հիման վրա գազերի առանձնացման համար՝ հետագայում բարձրացնելով արգոնի մաքրությունը:

Նախազգուշական միջոցներ տեղում արգոնի արտադրության համար

Անվտանգության միջոցառումներ.

Կրիոգեն վտանգ. Հեղուկ արգոն չափազանց ցուրտ է, և ցրտահարությունը կանխելու համար պետք է խուսափել դրա հետ անմիջական շփումից: Օպերատորները պետք է կրեն հատուկ կրիոգեն պաշտպանիչ հագուստ, ձեռնոցներ և ակնոցներ:

Ասֆիքսիայի վտանգ. Արգոնը իներտ գազ է և կարող է տեղահանել թթվածինը: Փակ տարածքներում արգոնի արտահոսքը կարող է հանգեցնել թթվածնի մակարդակի նվազմանը, ինչը հանգեցնում է շնչահեղձության: Հետևաբար, այն տարածքները, որտեղ արտադրվում և պահվում է արգոն, պետք է լավ օդափոխվեն, իսկ թթվածնի մոնիտորինգի համակարգերը պետք է տեղադրվեն:

Սարքավորումների սպասարկում.

Ճնշման և ջերմաստիճանի վերահսկում. Արգոնի արտադրության սարքավորումները պահանջում են ճնշման և ջերմաստիճանի խիստ հսկողություն, հատկապես կրիոգեն թորման սյունակում և կլանման աշտարակներում: Սարքավորումները պետք է պարբերաբար ստուգվեն՝ համոզվելու համար, որ բոլոր պարամետրերը գտնվում են նորմալ սահմաններում:

Արտահոսքի կանխարգելում. Քանի որ արգոնային համակարգը գործում է բարձր ճնշման և ցածր ջերմաստիճանի պայմաններում, կնիքի ամբողջականությունը շատ կարևոր է: Գազատարները, հոդերը և փականները պետք է պարբերաբար ստուգվեն՝ կանխելու գազի արտահոսքը:

Գազի մաքրության վերահսկում.

Ճշգրիտ մոնիտորինգ. Պահանջվող արգոնի մաքրությունը տատանվում է կախված կիրառությունից: Գազի անալիզատորները պետք է պարբերաբար օգտագործվեն արգոնի մաքրությունը ստուգելու և արտադրանքը արդյունաբերական չափանիշներին համապատասխանելու համար:

Անմաքրության կառավարում. Մասնավորապես, կրիոգեն թորման ժամանակ արգոնի տարանջատման վրա կարող են ազդել թորման սյունակի դիզայնը, աշխատանքային պայմանները և հովացման արդյունավետությունը: Հետագա մաքրումը կարող է անհրաժեշտ լինել՝ կախված արգոնի վերջնական օգտագործումից (օրինակ՝ գերբարձր մաքրության արգոն էլեկտրոնիկայի արդյունաբերության համար):

Էներգաարդյունավետության կառավարում.

Էներգիայի սպառում. Կրիոգեն թորումը էներգատար է, ուստի պետք է ջանքեր գործադրվեն սառեցման և սեղմման գործընթացները օպտիմալացնելու համար՝ նվազագույնի հասցնելու էներգիայի կորուստը:

Թափոնների ջերմության վերականգնում. Արգոնի արտադրության ժամանակակից սարքավորումները հաճախ օգտագործում են թափոնների ջերմության վերականգնման համակարգեր՝ կրիոգեն թորման գործընթացում արտադրված սառը էներգիան վերականգնելու համար՝ բարելավելով ընդհանուր էներգիայի արդյունավետությունը:

Արդյունաբերական արտադրության մեջ արգոնը հիմնականում կախված է կրիոգեն թորման և ճնշման ճոճանակի կլանման մեթոդներից: Կրիոգենիկ թորումը լայնորեն կիրառվում է արգոնի լայնածավալ արտադրություն ավելի բարձր մաքրության արգոն ապահովելու ունակության շնորհիվ: Արտադրության ընթացքում հատուկ ուշադրություն է պահանջվում՝ ապահովելու անվտանգությունը, սարքավորումների սպասարկումը, գազի մաքրության վերահսկումը և էներգաարդյունավետության կառավարումը: