Argon (Ar) adalah gas langka yang banyak digunakan dalam metalurgi, pengelasan, industri kimia, dan bidang lainnya. Produksi argon terutama bergantung pada pemisahan berbagai komponen gas di udara, karena konsentrasi argon di atmosfer sekitar 0,93%. Dua metode utama untuk produksi argon industri adalah Distilasi Kriogenik dan Adsorpsi Ayunan Tekanan (PSA).

Distilasi Kriogenik

Distilasi kriogenik adalah metode yang paling umum digunakan untuk pemisahan argon di industri. Metode ini memanfaatkan perbedaan titik didih berbagai komponen gas di udara, mencairkan udara pada suhu rendah, dan memisahkan gas melalui kolom distilasi.

Alur Proses:

Pra-perawatan Udara: Pertama, udara dikompresi dan awalnya didinginkan untuk menghilangkan kelembapan dan karbon dioksida. Langkah ini biasanya dicapai dengan menggunakan pengering (CD) atau penyerap saringan molekuler untuk menghilangkan kelembapan dan kotoran.

Kompresi dan Pendinginan Udara: Setelah kering, udara dikompresi hingga tekanan beberapa megapascal, dan kemudian didinginkan melalui alat pendingin (misalnya, pendingin udara) agar suhu udara mendekati titik pencairannya. Proses ini menurunkan suhu udara hingga -170°C hingga -180°C.

Pencairan Udara: Udara dingin melewati katup ekspansi dan memasuki kolom distilasi kriogenik. Komponen-komponen di udara secara bertahap dipisahkan di dalam kolom berdasarkan titik didihnya. Nitrogen (N₂) dan oksigen (O₂) dipisahkan pada suhu yang lebih rendah, sedangkan argon (Ar), memiliki titik didih antara nitrogen dan oksigen (-195,8°C untuk nitrogen, -183°C untuk oksigen, dan -185,7°C untuk argon), dikumpulkan di bagian kolom tertentu.

Distilasi Fraksional: Dalam kolom distilasi, udara cair menguap dan mengembun pada temperatur berbeda, dan argon dipisahkan secara efektif. Argon yang dipisahkan kemudian dikumpulkan dan dimurnikan lebih lanjut.

Pemurnian Argon:

Distilasi kriogenik umumnya menghasilkan argon dengan kemurnian di atas 99%. Untuk aplikasi tertentu (misalnya, dalam industri elektronik atau pemrosesan material kelas atas), pemurnian lebih lanjut mungkin diperlukan menggunakan adsorben (seperti karbon aktif atau saringan molekuler) untuk menghilangkan sisa pengotor seperti nitrogen dan oksigen.

Adsorpsi Ayunan Tekanan (PSA)

Adsorpsi Ayunan Tekanan (PSA) adalah metode lain untuk menghasilkan argon, cocok untuk produksi skala kecil. Metode ini memisahkan argon dari udara dengan memanfaatkan karakteristik adsorpsi yang berbeda dari berbagai gas pada bahan seperti saringan molekuler.

Alur Proses:

Menara Adsorpsi: Udara melewati menara adsorpsi yang diisi dengan saringan molekuler, di mana nitrogen dan oksigen diserap dengan kuat oleh saringan molekuler, sedangkan gas inert seperti argon tidak teradsorpsi, sehingga gas tersebut terpisah dari nitrogen dan oksigen.

Adsorpsi dan Desorpsi: Selama satu siklus, menara adsorpsi pertama-tama menyerap nitrogen dan oksigen dari udara di bawah tekanan tinggi, sementara argon mengalir keluar melalui saluran keluar menara. Kemudian, dengan mengurangi tekanan, nitrogen dan oksigen terurai dari saringan molekuler, dan kapasitas adsorpsi menara adsorpsi dipulihkan melalui regenerasi ayunan tekanan.

Siklus Multi-Menara: Biasanya, beberapa menara adsorpsi digunakan secara bergantian—satu untuk adsorpsi sementara yang lain untuk desorpsi—memungkinkan produksi berkelanjutan.

Keuntungan metode PSA adalah pengaturannya lebih sederhana dan biaya pengoperasian lebih rendah, namun kemurnian argon yang dihasilkan umumnya lebih rendah dibandingkan distilasi kriogenik. Sangat cocok untuk situasi dengan permintaan argon yang lebih rendah.

Pemurnian Argon

Baik menggunakan distilasi kriogenik atau PSA, argon yang dihasilkan biasanya mengandung sejumlah kecil oksigen, nitrogen, atau uap air. Untuk meningkatkan kemurnian argon, biasanya diperlukan langkah pemurnian lebih lanjut:

Kondensasi Kotoran: Pendinginan lebih lanjut dari argon untuk mengembun dan memisahkan beberapa kotoran.

Adsorpsi Saringan Molekul: Menggunakan penyerap saringan molekuler efisiensi tinggi untuk menghilangkan sejumlah kecil nitrogen, oksigen, atau uap air. Saringan molekuler memiliki ukuran pori tertentu yang secara selektif dapat menyerap molekul gas tertentu.

Teknologi Pemisahan Membran: Dalam beberapa kasus, teknologi membran pemisahan gas dapat digunakan untuk memisahkan gas berdasarkan permeasi selektif, sehingga semakin meningkatkan kemurnian argon.

Tindakan Pencegahan untuk Produksi Argon di Tempat

Tindakan Keamanan:

Bahaya Kriogenik: Argon cair sangat dingin, dan kontak langsung dengannya harus dihindari untuk mencegah radang dingin. Operator harus mengenakan pakaian pelindung kriogenik khusus, sarung tangan, dan kacamata.

Bahaya Asfiksia: Argon adalah gas inert dan dapat menggantikan oksigen. Di ruang tertutup, kebocoran argon dapat menyebabkan penurunan kadar oksigen sehingga mengakibatkan sesak napas. Oleh karena itu, area di mana argon diproduksi dan disimpan perlu memiliki ventilasi yang baik, dan sistem pemantauan oksigen harus dipasang.

Pemeliharaan Peralatan:

Kontrol Tekanan dan Suhu: Peralatan produksi argon memerlukan kontrol tekanan dan suhu yang ketat, terutama pada kolom distilasi kriogenik dan menara adsorpsi. Peralatan harus diperiksa secara teratur untuk memastikan semua parameter berada dalam kisaran normal.

Pencegahan Kebocoran: Karena sistem argon beroperasi di bawah tekanan tinggi dan suhu rendah, integritas segel sangat penting. Pipa gas, sambungan, dan katup harus diperiksa secara berkala untuk mencegah kebocoran gas.

Kontrol Kemurnian Gas:

Pemantauan Presisi: Kemurnian argon yang dibutuhkan bervariasi tergantung pada aplikasinya. Alat analisa gas harus digunakan secara teratur untuk memeriksa kemurnian argon dan memastikan produk memenuhi standar industri.

Manajemen Pengotor: Khususnya, dalam distilasi kriogenik, pemisahan argon mungkin dipengaruhi oleh desain kolom distilasi, kondisi pengoperasian, dan efektivitas pendinginan. Pemurnian lebih lanjut mungkin diperlukan tergantung pada penggunaan akhir argon (misalnya, argon dengan kemurnian sangat tinggi untuk industri elektronik).

Manajemen Efisiensi Energi:

Konsumsi Energi: Distilasi kriogenik memerlukan banyak energi, sehingga upaya harus dilakukan untuk mengoptimalkan proses pendinginan dan kompresi untuk meminimalkan kehilangan energi.

Pemulihan Limbah Panas: Fasilitas produksi argon modern sering kali menggunakan sistem pemulihan panas limbah untuk memulihkan energi dingin yang dihasilkan selama proses distilasi kriogenik, sehingga meningkatkan efisiensi energi secara keseluruhan.

Dalam produksi industri, argon terutama bergantung pada distilasi kriogenik dan metode adsorpsi ayunan tekanan. Distilasi kriogenik banyak digunakan untuk produksi argon skala besar karena kemampuannya untuk memberikan argon dengan kemurnian lebih tinggi. Perhatian khusus diperlukan selama produksi untuk memastikan keselamatan, pemeliharaan peralatan, pengendalian kemurnian gas, dan manajemen efisiensi energi.