Аргон, бардык жерде кездешүүчү, бирок көзгө көрүнбөгөн элемент, Жердин атмосферасынын болжол менен 0,93% түзөт. Ал биз дем алган абада үчүнчү орунда турган газ болсо да, аны өнөр жай, медициналык жана илимий максаттарда колдонуу татаал инженерияны талап кылат. Жогорку температурадагы ширетүүдөгү коргоочу догалардан баштап жарым өткөргүчтөрдү өндүрүүдө назик кремний пластинкаларын коргоого чейин бул асыл газга болгон суроо-талап абдан чоң. Бирок, аны газ абалында ташуу жана сактоо абдан эффективдүү эмес. Бул негизги өнөр жай суроо жаратат: аргон газы кантип суюлтулган глобалдуу талаптарды натыйжалуу канааттандыруу үчүн?

Жооп криогендик аба бөлүү деп аталган татаал процессте жатат. Бул 2000 сөздөн турган комплекстүү колдонмо атмосфералык абаны өтө тазаланган, криогендик суюк аргонго (ЛАР) айландыруу үчүн зарыл болгон термодинамикалык принциптерди, машина курууну жана химиялык тазалоо кадамдарын терең изилдейт.

1. Аргонду жана суюлтуунун зарылдыгын түшүнүү

Суюлтуунун механикасына кирүүдөн мурун, аргон деген эмне экенин жана эмне үчүн суюлтуу процесси экономикалык жана практикалык жактан зарыл экенин түшүнүү абдан маанилүү.

Аргон (Ar) - бир атомдуу, химиялык инерттүү асыл газ. Ал түссүз, жытсыз жана уулуу эмес. Ал өтө жогорку температурада да башка элементтер менен реакцияга кирбегендиктен, металлургиялык процесстер үчүн идеалдуу атмосфералык калканч болуп саналат.

Эмне үчүн Аргонду суюлтуу керек?

Кандайдыр бир атмосфералык газды суюлтуунун негизги себеби көлөмүн азайтуу болуп саналат. Стандарттуу атмосфералык басымдагы газдан криогендик суюктукка айланганда, аргон 1ден 840ка чейинки масштабдуу кеңейүү катышына дуушар болот. Бул 840 литр газ түрүндөгү аргондун бир литрге конденсацияланышы мүмкүн дегенди билдирет. суюк аргон. Көлөмдүн мындай кескин кыскарышы криогендик автоцистерналар аркылуу үнөмдүү жапырт ташууга жана өнөр жай объектилеринде вакуумдук изоляцияланган цистерналарда натыйжалуу сактоого мүмкүндүк берет.

Аргондун физикалык касиеттери

Газды суюктукка айландыруу үчүн инженерлер анын термодинамикалык касиеттери менен тыгыз иштеши керек. Төмөндө суюлтуу параметрлерин айткан критикалык физикалык маалыматтар пункттары бар.

2. Негизги илим: Криогендик аба бөлүү

Аргон өндүрүлбөйт же синтезделбейт; ал бизди курчап турган абадан түздөн-түз жыйналат. Буга жетишүү үчүн колдонулган жалпы технология криогендик фракциялык дистилляция.

Бул процесс химиянын негизги принцибине таянат: ар кандай элементтер ар кандай температурада абалын өзгөртөт (конденсациялоо же кайноо). Айланадагы абаны суюктукка айланганга чейин муздатып, анан акырындык менен температурасын көтөрүү менен инженерлер аба аралашмасын анын негизги компоненттерине – азот, кычкылтек жана аргонго бөлүп, бирден кайнап чыгышат.

Аргонду бөлүү чакырыгы

Аргонду бөлүү анын кайноо температурасына байланыштуу абдан кыйын. Үч негизги атмосфералык компоненттердин кайноо чекиттерин карагыла:

3. Кадамдык процесс: Аба кандайча суюк аргонго айланат

Айланадагы абадан криогендик суюк аргонго чейинки жол көп баскычтуу Аба бөлүү блогун (ASU) камтыйт. Бул жерде процесстин деталдуу, этап-этабы менен бөлүштүрүлөт.

1-кадам: Аба алуу, кысуу жана чыпкалоо

Процесс чийки заттан башталат: атмосфералык аба.
Массивдуу өнөр жай желдеткичтери бөлүкчөлөрдү, чаңдарды жана курт-кумурскаларды жок кылуу үчүн көп баскычтуу чыпкалуу үйлөрдөн абаны тартат. Чыпкалангандан кийин аба көп баскычтуу борбордон четтөөчү компрессорго кирет. Аба болжол менен 5—7 бар (70—100 psi) басымга чейин кысылган.

Газды кысуу табигый түрдө олуттуу жылуулукту (кысылуу жылуулук) жаратат. Муну башкаруу үчүн, кысуу баскычтарынын ортосунда интеркулерлер жайгаштырылат. Бул этапта абаны муздатуу айланадагы атмосфералык нымдуулуктун (суу буусунун) чоң бөлүгүн конденсациялоого алып келет, андан кийин ал агып кетет.

2-кадам: Молекулярдык электен тазалоо

Аба криогендик температурага дуушар боло электе, суу түтүктөрүн тоңдуруп, бөгөттөп коюшу мүмкүн болгон бардык калдыктар толугу менен жок кылынышы керек. Бул аралашмалар, биринчи кезекте, төмөнкүлөрдү камтыйт:

• Суу буусунун калдыктары (H2O)
• Көмүр кычкыл газы (СО2)
• Көмүрсутектерди издөө

Кысылган аба алюминий оксидинен жана цеолиттик молекулярдык электерден турган алдын ала тазалоочу блоктон (ППУ) өткөрүлөт. Бул электер ным жана СО2 молекулаларын адсорбциялоочу жогорку тандалма микроскопиялык губкалар катары иштешет. Бул кадам ишке ашпай калса, СО2 жана кургак муз өсүмдүктүн ичинде терең пайда болуп, назик жылуулук алмаштыргычтарды бүтөп, ишкананы толугу менен өчүрүүнү талап кылат.

3-кадам: Өтө муздатуу жана кеңейүү

Кургак, тазаланган жана кысылган аба азыр криогендик жылуулук алмаштыргычтарды жана дистилляция колонкаларын камтыган катуу изоляцияланган түзүлүшкө, “муздак кутуга” кирет.

муздатуу процесси колдонулат Джоуль-Томсон эффектиси жана механикалык кеңейүү. Кирүүчү жылуу аба негизги жылуулук алмаштыргыч аркылуу өтүп, дистилляция колонкаларынан кайтып келген өтө муздак чыккан газдарга (азот жана кычкылтек) каршы агып өтөт. Бул кирүүчү абанын температурасын кескин төмөндөтөт.

Чыныгы криогендик температурага (-170°Сден төмөн) жетүү үчүн кысылган абанын бир бөлүгү турбо-кеңейтүүчү аркылуу өткөрүлөт. Жогорку басымдагы газ турбина аркылуу тез кеңейгендиктен, ал механикалык иштерди аткарат, бул газдын температурасын массалык түрдө төмөндөтүүгө мажбурлайт. Аба жылуулук алмаштыргычтан жана экспандерден чыкканда, ал укмуштуудай муздак буу менен суюк абанын аралашмасы болуп, бөлүүгө даяр.

4-кадам: Негизги фракциялык дистилляция (HP жана LP мамычалары)

Суюлтуу процессинин өзөгү төмөнкү басымдагы (LP) колонканын астында отурган Жогорку басымдагы (HP) колонкадан турган эки тилкелүү дистилляция системасы.

1. Жогорку басымдагы колонна: Муздатылган суюктук/буу аба аралашмасы HP мамычасынын түбүнө кирет. Суюктук ылдыйга түшүп, буу тешиктүү электен жасалган лотоктор аркылуу көтөрүлгөндө биринчи бөлүнүү пайда болот. Кайноо температурасы эң төмөн болгон азот газ түрүндө жогору көтөрүлөт. Түбүндө кычкылтекке бай суюктук (аргондун көбүн камтыган) бассейндер.
2. Төмөн басымдагы тилке: HP мамычасынын түбүндөгү кычкылтекке бай суюктук анын үстүндөгү LP мамычасына дросселдик (кеңейтилген) жатат. Төмөнкү басымдан улам андан ары бөлүнүү ишке ашат. LP колоннасынын эң түбүндө таза суюк кычкылтек бассейндери, ал эми таза азот газы жогорудан чыгат.

5-кадам: Аргон каптал колонкасы

Аргондун кайноо чекити кычкылтек менен азоттун ортосунда жайгашкандыктан, ал Төмөн басым тилкесинин төмөнкү-орто бөлүгүндө топтолот. Анын эң жогорку концентрациясында колонканын бул өзгөчө "карындагы" газ аралашмасы болжол менен 10% дан 12%ке чейин аргонду түзөт, калганы кычкылтек жана азоттун кичинекей изи.

Аны алуу үчүн инженерлер ушул спецификалык бөлүмдү таптап, аралашманы өзүнчө, тиркелген түзүлүшкө тартышат Аргон каптал колонкасы.
Бул укмуштуудай бийик мамычанын ичинде (көбүнчө 150дөн ашык теориялык табактарды камтыйт) экинчи дистилляция пайда болот. Аргон кычкылтекке караганда бир аз учуучураак (кайнайт) болгондуктан, аргон буусу каптал мамычанын жогору жагына көтөрүлөт, ал эми оор суюк кычкылтек түбүнө түшүп, негизги LP мамычасына кайтарылат.

Каптал колоннасынын чокусунан чыккан нерсе "чийки аргон" деп аталат. Бул этапта, ал ийгиликтүү суюлтулган, бирок 98% гана таза болот. Анын курамында дагы эле болжол менен 2% кычкылтек жана азоттун изи бар, аларды өнөр жайлык колдонуу үчүн алып салуу керек.

4. Тазалоо: чийки затты жогорку тазалыктагы суюк аргонго чейин жогорулатуу

Заманбап колдонмолор үчүн, айрыкча жарым өткөргүч жана аэрокосмостук өнөр жай, аргон "беш тогуз" таза болушу керек (99,999%). Чийки аргон катуу тазалоодон өтүшү керек.

"Деоксо" каталитикалык процесси

Калган 2% кычкылтекти алып салуу үчүн чийки аргон Деоксо бирдиги деп аталган каталитикалык реакторго жөнөтүлөт. Ичинде өтө таза суутек газы суюк агымга куюлат.
Палладий же платина катализаторунун катышуусунда суутек кычкылтектин кычкылтек молекулалары менен химиялык реакцияга түшүп, сууну пайда кылат (2H₂ + О₂ → 2H₂О). Бул реакция аз өлчөмдөгү жылуулукту бөлүп чыгарып, аргонду кайра газга айлантат.

Акыркы кургатуу жана дистилляция

Андан кийин газ жаңы пайда болгон суу молекулаларын алып салуу үчүн экинчи молекулярдык электен өткөрүлөт. Акыр-аягы, кургак, кычкылтексиз аргон газы акыркы дистилляция колоннасына — таза аргон колоннасына берилет.

Бул жерде аргон кайра суюк абалга конденсацияланганга чейин дагы бир жолу муздатылат. Суюк аргон температурасында газ абалында калган азоттун калдыктары колоннанын жогору жагынан чыгарылат. Түбүндө топтолгон продукт жогорку тазаланган, өтө муздак суюк аргон (ЛАР), коммерциялык бөлүштүрүүгө даяр.

5. Суюк аргонду сактоо жана ташуу

Аргон газы кантип суюлтулган деген суроого жооп берилгенден кийин, кийинки маселе аны ошол абалда сактоо болуп саналат. -185,8°C температурада чөйрөдөгү жылуулуктун ар кандай таасири суюктуктун кайра катуу кайнап газга айланып кетишине алып келет — бул кубулуш кайноо газы (BOG) деп аталат.

Муну менен күрөшүү үчүн суюк аргон жогорку адистештирилген, вакуумдук изоляцияланган криогендик сактоочу резервуарларга куюлат. Бул цистерналар термостук колбага окшош иштейт. Алар дат баспас болоттон жасалган ички идиштен (криогендик температурада морт болуп кетпейт) жана көмүртектүү болоттон жасалган тышкы идиштен турат. Эки идиштин ортосундагы боштук жылуулоочу порошок менен толтурулат (мисалы, перлит) жана конвективдик жана өткөргүч жылуулук өткөрүүнү жок кылуу үчүн идеалдуу вакуумга чейин айдалат.

Акыркы колдонуучуларга жеткирилгенде, ЛАР атайын криогендик цистерналарда ташылат. Өндүрүштүк ишканага же ооруканага келгенден кийин ал стационардык вакуумдук курткалуу идишке көчүрүлөт. Кардар өз процесстери үчүн газ түрүндөгү аргонго муктаж болгондо, суюктук жөн гана айланадагы абаны бууландыргыч аркылуу өткөрүлөт — бир катар канаттуу алюминий түтүктөр, алар курчап турган абадан жылуулукту сиңирип, суюктукту кайра жогорку басымдагы газга коопсуз жылытат.

6. Корутунду

Айланадагы көзгө көрүнбөгөн абанын өтө таза, нөлдөн төмөн суюктукка айланышы - заманбап химиялык инженериянын жана термодинамиканын керемети. Жогорку басымдагы кысуу, молекулярдык фильтрация, Джоуль-Томсон экспансиясы жана өтө сезгич фракциялык дистилляциянын катаал этаптары аркылуу өнөр жай тармактары биздин планетаны каптаган аргонду натыйжалуу жыйнай алат.

Түшүнүү аргон газын суюлтуу дүйнөлүк жеткирүү чынжырларын оптималдаштыруу үчүн абдан маанилүү болуп саналат. Технологиялар өнүккөн сайын - өзгөчө электроника өндүрүшүндө, 3D металл басып чыгарууда жана аэрокосмостук инженерияда - өтө таза, эффективдүү ташылган суюк аргонго болгон көз карандылык өсө берет, бул криогендик абанын бөлүнүшүн эң маанилүү, бирок бааланбаган өнөр жай процесстеринин бирине айландырат.

7. Көп берилүүчү суроолор

Q1: Аргон кандай температурада суюктукка айланат?

Аргон кайноо температурасында газдан суюктукка өтөт -185,8°C (-302,4°F) стандарттык атмосфералык басымда. Аны сактоо жана ташуу үчүн суюк абалда кармап туруу үчүн, аны тез кайноо жана кеңейүүсүнө жол бербөө үчүн атайын вакуумдук изоляцияланган идиштерди колдонуу менен бул криогендик температурада же андан төмөн кармоо керек.

Q2: Эмне үчүн аргон газ эмес, суюктук түрүндө ташылат?

Негизги себеби - көлөмдүн натыйжалуулугу. Аргон суюктукка муздатылганда, ал 1ден 840ка чейинки катышта конденсацияланат. Бул бир литр суюк аргондо 840 литр аргон газына барабар экенин билдирет. Аны суюктук катары ташуу жеткирүүчүлөргө бир жүк ташуучу унаада массалык, жапырт көлөмдөгү жүктөрдү жеткирүүгө мүмкүндүк берет, бул оор, жогорку басымдагы газ баллондорун ташууга караганда алда канча үнөмдүү жана логистикалык жактан практикалык.

Q3: Суюк аргон менен иштөө коркунучтуубу?

Ооба, суюк аргон, биринчи кезекте, анын катуу суук жана асфиксия катары табияты үчүн олуттуу өндүрүштүк коркунучтарды алып келет. Суюк аргон же изоляцияланбаган криогендик түтүк менен териге тийүү дароо катуу үшүккө же криогендик күйүккө алып келиши мүмкүн. Андан тышкары, ал жылыган сайын тез кеңейгендиктен (анын көлөмү 840 эсе көп), жабык мейкиндикте суюк аргондун бир аз агышы айланадагы кычкылтекти тез эле сүрүп чыгарышы мүмкүн, бул газ түссүз жана жытсыз болгондуктан, эч кандай эскертүүсүз жакын жердеги персонал асфиксияга учуроо коркунучуна алып келет. Туура желдетүү жана жеке коргонуу шаймандары (ЖКК) катуу талап кылынат.