არგონი (Ar) არის იშვიათი გაზი, რომელიც ფართოდ გამოიყენება მეტალურგიაში, შედუღებაში, ქიმიურ მრეწველობაში და სხვა დარგებში. არგონის წარმოება ძირითადად ეყრდნობა ჰაერში სხვადასხვა გაზის კომპონენტების განცალკევებას, რადგან არგონის კონცენტრაცია ატმოსფეროში არის დაახლოებით 0,93%. სამრეწველო არგონის წარმოების ორი ძირითადი მეთოდია კრიოგენული დისტილაცია და წნევის ცვლის ადსორბცია (PSA).

კრიოგენული დისტილაცია

კრიოგენული დისტილაცია არის არგონის გამოყოფის ყველაზე ხშირად გამოყენებული მეთოდი ინდუსტრიაში. ეს მეთოდი იყენებს ჰაერში სხვადასხვა გაზის კომპონენტების დუღილის წერტილებში განსხვავებებს, თხევადდება ჰაერი დაბალ ტემპერატურაზე და გამოყოფს გაზებს დისტილაციის სვეტის მეშვეობით.

პროცესის ნაკადი:

ჰაერის წინასწარი მკურნალობა: პირველ რიგში, ჰაერი შეკუმშულია და თავდაპირველად გაცივებულია ტენიანობის და ნახშირორჟანგის მოსაშორებლად. ეს ნაბიჯი ჩვეულებრივ მიიღწევა საშრობი (CD) ან მოლეკულური საცრის ადსორბერის გამოყენებით ტენისა და მინარევების მოსაშორებლად.

ჰაერის შეკუმშვა და გაგრილება: გაშრობის შემდეგ ჰაერი შეკუმშულია რამდენიმე მეგაპასკალამდე წნევამდე, შემდეგ კი გაცივდება გამაგრილებელი მოწყობილობის მეშვეობით (მაგ. ჰაერის გამაგრილებელი), რათა ჰაერის ტემპერატურა მიუახლოვდეს გათხევადების წერტილს. ეს პროცესი ამცირებს ჰაერის ტემპერატურას -170-მდე°C-დან -180-მდე°C.

ჰაერის გათხევადება: გაცივებული ჰაერი გადის გაფართოების სარქველში და შედის კრიოგენული დისტილაციის სვეტში. ჰაერში არსებული კომპონენტები თანდათანობით გამოიყოფა სვეტის შიგნით მათი დუღილის წერტილებიდან გამომდინარე. აზოტი (N₂) და ჟანგბადი (O₂) გამოიყოფა დაბალ ტემპერატურაზე, ხოლო არგონი (Ar), რომელსაც აქვს დუღილის წერტილი აზოტსა და ჟანგბადს შორის (-195,8).°C აზოტისთვის, -183°C ჟანგბადისთვის და -185,7°C არგონისთვის), გროვდება სვეტის კონკრეტულ მონაკვეთებში.

ფრაქციული დისტილაცია: დისტილაციის სვეტში თხევადი ჰაერი აორთქლდება და კონდენსირდება სხვადასხვა ტემპერატურაზე და არგონი ეფექტურად გამოიყოფა. გამოყოფილი არგონი შემდეგ გროვდება და შემდგომ იწმინდება.

არგონის გაწმენდა:

კრიოგენული დისტილაცია ზოგადად იძლევა არგონს 99%-ზე მეტი სისუფთავით. გარკვეული აპლიკაციებისთვის (მაგ., ელექტრონიკის ინდუსტრიაში ან მაღალი დონის მასალების დამუშავებაში), შეიძლება საჭირო გახდეს შემდგომი გაწმენდა ადსორბენტების (როგორიცაა გააქტიურებული ნახშირბადი ან მოლეკულური საცრები) გამოყენებით კვალი მინარევებისაგან, როგორიცაა აზოტი და ჟანგბადი.

წნევის რხევის ადსორბცია (PSA)

წნევის სვინგის ადსორბცია (PSA) არის არგონის წარმოქმნის კიდევ ერთი მეთოდი, რომელიც შესაფერისია მცირე მასშტაბის წარმოებისთვის. ეს მეთოდი ჰყოფს არგონს ჰაერიდან სხვადასხვა გაზების ადსორბციული მახასიათებლების გამოყენებით მასალებზე, როგორიცაა მოლეკულური საცრები.

პროცესის ნაკადი:

ადსორბციული კოშკი: ჰაერი გადის ადსორბციულ კოშკში, რომელიც სავსეა მოლეკულური საცრებით, სადაც აზოტი და ჟანგბადი ძლიერად შეიწოვება მოლეკულური საცერებით, ხოლო ინერტული აირები, როგორიცაა არგონი, არ შეიწოვება, რაც მათ საშუალებას აძლევს განცალკევდნენ აზოტისა და ჟანგბადისგან.

ადსორბცია და დეზორბცია: ერთი ციკლის განმავლობაში, ადსორბციული კოშკი პირველად შთანთქავს აზოტს და ჟანგბადს ჰაერიდან მაღალი წნევის ქვეშ, ხოლო არგონი მიედინება კოშკის გამოსასვლელში. შემდეგ, წნევის შემცირებით, აზოტის და ჟანგბადის დეზორბცია მოლეკულური საცერებიდან და ადსორბციული კოშკის ადსორბციული შესაძლებლობები აღდგება წნევის რხევის რეგენერაციის გზით.

მრავალ კოშკის ციკლი: როგორც წესი, მონაცვლეობით გამოიყენება მრავალი ადსორბციული კოშკი—ერთი ადსორბციისთვის, მეორე კი დეზორბციაშია—უწყვეტი წარმოების საშუალებას.

PSA მეთოდის უპირატესობა ის არის, რომ მას აქვს უფრო მარტივი დაყენება და დაბალი საოპერაციო ხარჯები, მაგრამ წარმოებული არგონის სისუფთავე ზოგადად უფრო დაბალია, ვიდრე კრიოგენული დისტილაციისას. ეს შესაფერისია არგონის დაბალი მოთხოვნილების მქონე სიტუაციებისთვის.

არგონის გაწმენდა

კრიოგენული დისტილაციის ან PSA-ს გამოყენებით, წარმოქმნილი არგონი ჩვეულებრივ შეიცავს მცირე რაოდენობით ჟანგბადს, აზოტს ან წყლის ორთქლს. არგონის სისუფთავის გასაუმჯობესებლად, როგორც წესი, საჭიროა შემდგომი გამწმენდი ნაბიჯები:

მინარევების კონდენსაცია: არგონის შემდგომი გაგრილება კონდენსაციისა და ზოგიერთი მინარევების გამოსაყოფად.

მოლეკულური საცრის ადსორბცია: მაღალი ეფექტურობის მოლეკულური საცრის ადსორბერების გამოყენება აზოტის, ჟანგბადის ან წყლის ორთქლის მცირე რაოდენობით მოსაცილებლად. მოლეკულურ საცერებს აქვთ ფორების სპეციფიკური ზომები, რომლებსაც შეუძლიათ შერჩევითად აითვისონ გარკვეული აირის მოლეკულები.

მემბრანის გამოყოფის ტექნოლოგია: ზოგიერთ შემთხვევაში, გაზის გამყოფი მემბრანის ტექნოლოგია შეიძლება გამოყენებულ იქნას შერჩევითი გამტარიანობის საფუძველზე აირების გამოსაყოფად, რაც კიდევ უფრო აძლიერებს არგონის სისუფთავეს.

სიფრთხილის ზომები ადგილზე არგონის წარმოებისთვის

უსაფრთხოების ზომები:

კრიოგენული საფრთხე: თხევადი არგონი უკიდურესად ცივია და მოყინვის თავიდან ასაცილებლად, თავიდან უნდა იქნას აცილებული მასთან უშუალო კონტაქტი. ოპერატორებმა უნდა ატარონ სპეციალიზებული კრიოგენული დამცავი ტანსაცმელი, ხელთათმანები და სათვალეები.

ასფიქსიის საშიშროება: არგონი არის ინერტული აირი და შეუძლია ჟანგბადის გადაადგილება. დახურულ სივრცეებში არგონის გაჟონვამ შეიძლება გამოიწვიოს ჟანგბადის დონის დაქვეითება, რაც გამოიწვევს ასფიქსიას. ამიტომ, ადგილები, სადაც არგონი იწარმოება და ინახება, უნდა იყოს კარგად ვენტილირებადი და დამონტაჟდეს ჟანგბადის მონიტორინგის სისტემები.

აღჭურვილობის მოვლა:

წნევის და ტემპერატურის კონტროლი: არგონის წარმოების მოწყობილობა მოითხოვს წნევისა და ტემპერატურის მკაცრ კონტროლს, განსაკუთრებით კრიოგენული დისტილაციის სვეტში და ადსორბციულ კოშკებში. მოწყობილობა რეგულარულად უნდა შემოწმდეს, რათა დარწმუნდეს, რომ ყველა პარამეტრი ნორმალურ დიაპაზონშია.

გაჟონვის პრევენცია: იმის გამო, რომ არგონის სისტემა მუშაობს მაღალი წნევისა და დაბალი ტემპერატურის პირობებში, დალუქვის მთლიანობა გადამწყვეტია. გაზსადენები, სახსრები და სარქველები პერიოდულად უნდა შემოწმდეს გაზის გაჟონვის თავიდან ასაცილებლად.

გაზის სისუფთავის კონტროლი:

ზუსტი მონიტორინგი: საჭირო არგონის სისუფთავე განსხვავდება განაცხადის მიხედვით. გაზის ანალიზატორები რეგულარულად უნდა იქნას გამოყენებული არგონის სისუფთავის შესამოწმებლად და პროდუქტის სამრეწველო სტანდარტების შესაბამისობის უზრუნველსაყოფად.

მინარევების მართვა: კერძოდ, კრიოგენული დისტილაციისას, არგონის გამოყოფაზე შეიძლება გავლენა იქონიოს დისტილაციის სვეტის დიზაინმა, სამუშაო პირობებმა და გაგრილების ეფექტურობამ. შეიძლება საჭირო გახდეს შემდგომი გაწმენდა არგონის საბოლოო გამოყენების მიხედვით (მაგ., ულტრა მაღალი სისუფთავის არგონი ელექტრონიკის ინდუსტრიისთვის).

ენერგოეფექტურობის მართვა:

ენერგიის მოხმარება: კრიოგენული დისტილაცია ენერგო ინტენსიურია, ამიტომ საჭიროა ძალისხმევა გაციების და შეკუმშვის პროცესების ოპტიმიზაციისთვის, ენერგიის დანაკარგების მინიმუმამდე შესამცირებლად.

ნარჩენების სითბოს აღდგენა: არგონის თანამედროვე საწარმოები ხშირად იყენებენ ნარჩენი სითბოს აღდგენის სისტემებს კრიოგენული დისტილაციის პროცესში წარმოქმნილი ცივი ენერგიის აღსადგენად, რაც აუმჯობესებს საერთო ენერგოეფექტურობას.

სამრეწველო წარმოებაში არგონი ძირითადად დამოკიდებულია კრიოგენულ დისტილაციაზე და წნევის ცვლის ადსორბციის მეთოდებზე. კრიოგენული დისტილაცია ფართოდ გამოიყენება არგონის ფართომასშტაბიანი წარმოება მაღალი სისუფთავის არგონის მიწოდების უნარის გამო. განსაკუთრებული ყურადღებაა საჭირო წარმოებისას უსაფრთხოების, აღჭურვილობის მოვლის, გაზის სისუფთავის კონტროლისა და ენერგოეფექტურობის მართვის უზრუნველსაყოფად.