Argon, singa tsy hita maso, dia mandrafitra ny 0,93% eo ho eo amin'ny atmosfera eto an-tany. Na dia entona fahatelo be indrindra amin'ny rivotra iainana aza izy io, ny fampiasana azy ho an'ny fampiharana indostrialy, fitsaboana ary siantifika dia mitaky injeniera sarotra. Avy amin'ny fiarovan-doha amin'ny lasantsy hafanana avo ka hatramin'ny fiarovana ny wafers silisiôma marefo mandritra ny famokarana semiconductor, dia lehibe ny fangatahana an'ity entona mendri-kaja ity. Na izany aza, ny fitaterana sy ny fitehirizana azy amin'ny entona dia tena tsy mahomby. Izany dia miteraka fanontaniana indostrialy fototra: Ahoana ny fomba fandoroana gazy argon mamaly tsara ny fitakiana maneran-tany?

Ny valiny dia mipetraka amin'ny dingana sarotra fantatra amin'ny hoe fanasarahana rivotra cryogenic. Ity torolàlana feno teny 2,000 ity dia handalina lalina ny fitsipiky ny thermodynamika, ny injeniera mekanika, ary ny dingana fanadiovana simika ilaina amin'ny fanovana ny rivotra atmosfera ho argon (LAR) ranon-javatra voadio be.

1. Fahatakarana ny Argon sy ny ilana ny famafazana

Alohan'ny hidirana ao amin'ny mekanika amin'ny liquefaction, dia zava-dehibe ny mahatakatra ny atao hoe argon ary nahoana no ilaina ara-toekarena sy azo ampiharina ny fizotran'ny liquefaction.

Argon (Ar) dia entona monotomika, tsy misy simika tsy misy dikany. Tsy misy loko izy io, tsy misy fofona ary tsy misy poizina. Satria tsy mihetsika amin'ny singa hafa izy na dia amin'ny hafanana faran'izay mafy aza, dia ny ampinga atmosfera tsara indrindra amin'ny fizotran'ny metallurgique.

Nahoana no liquefy Argon?

Ny antony voalohany amin'ny fanalefahana ny entona atmosfera rehetra dia ny fihenan'ny volume. Rehefa miova avy amin'ny gazy amin'ny fanerena atmosfrika mahazatra ho ranon-javatra cryogenic ny argon, dia mandalo 1 ka hatramin'ny 840 ny tahan'ny fanitarana goavana. Rano Argon. Ity fampihenana be ny habeny ity dia mamela ny fitateram-pitaterana betsaka amin'ny vidiny amin'ny alàlan'ny kamiao tanky cryogenic ary fitahirizana mahomby amin'ny fiara mifono vy ao amin'ny trano indostrialy.

Toetra ara-batana amin'ny Argon

Mba hanovana ny gazy ho lasa ranon-javatra, ny injeniera dia tsy maintsy miasa tsara amin'ny toetrany thermodynamika. Ireto ambany ireto ny teboka angon-drakitra ara-batana manan-danja izay mandidy ny mari-pamantarana liquefaction.

2. Ny Siansa fototra: Cryogenic Air Separation

Argon dia tsy amboarina na novolavolaina; alaina mivantana avy amin’ny rivotra manodidina antsika izy io. Ny teknôlôjia ankapobeny ampiasaina hanatanterahana izany dia distillation fractional cryogenic.

Ity dingana ity dia miankina amin'ny fitsipika fototra momba ny simia: miova ny toetran'ny singa samihafa (mivaingana na mangotraka) amin'ny hafanana samihafa. Amin’ny alalan’ny fampangatsiahana ny rivotra manodidina azy mandra-pahatongany ho ranon-javatra, ary avy eo mampiakatra tsikelikely ny mari-pana, ny injeniera dia afaka manasaraka ny fifangaroan-drivotra ho amin’ireo singa fototra ao aminy — nitroka sy oksizenina ary argon — rehefa mangotraka tsirairay.

Ny fanamby amin'ny fisarahana Argon

Ny fanasarahana ny argon dia malaza ho sarotra noho ny teboka mangotraka. Jereo ny teboka mangotraka amin'ireo singa telo lehibe amin'ny atmosfera:

3. Dingana isan-dingana: Ahoana no nahatonga ny rivotra ho Argon ranoka

Ny dia avy amin'ny rivotra manjavozavo mankany amin'ny argon ranon-javatra cryogenic dia misy dingana maromaro fanasarahana Air (ASU). Ity ny fizarazarana amin'ny antsipiriany, amin'ny dingana manaraka.

Dingana 1: Fidiran'ny rivotra, famatrarana ary sivana

Ny dingana dia manomboka amin'ny akora: rivotra atmosfera ambient.
Ireo mpankafy indostrialy be dia be dia misintona rivotra amin'ny alàlan'ny trano sivana maromaro mba hanesorana ny vovoka, ny vovoka ary ny bibikely. Rehefa voasivana dia miditra amin'ny compressor centrifugal maromaro ny rivotra. Ny rivotra dia voatsindry amin'ny tsindry eo amin'ny 5 ka hatramin'ny 7 bar (70 hatramin'ny 100 psi).

Ny fanerena entona dia miteraka hafanana lehibe (ny hafanan'ny fanerena). Mba hitantana izany dia apetraka eo anelanelan'ny dingana fanerena ny intercoolers. Ny fampangatsiahana ny rivotra amin'io dingana io koa dia miteraka ampahany betsaka amin'ny hamandoan'ny atmosfera (eton-drano) hivoaka, izay ritra avy eo.

Dingana 2: Fanadiovana amin'ny alàlan'ny Sieves Molecular

Alohan'ny hahatongavan'ny rivotra amin'ny mari-pana cryogenic, dia tsy maintsy esorina tanteraka ny loto rehetra mety hampivaingana sy hanakana ny fantsona. Ireo loto ireo dia ahitana:

• Etona rano sisa (H2O)
• gazy karbonika (CO2)
• Trace Hydrocarbon

Ny rivotra voatsindry dia alefa amin'ny alàlan'ny singa mialoha ny fanadiovana (PPU) izay misy fandriana misy alumina sy sivana molekiola zeolite. Ireo sivana ireo dia miasa toy ny sponjy mikraoba mifantina indrindra, misoroka ny hamandoana sy ny molekiola CO2. Raha tsy mahomby io dingana io, dia hiforona lalina ao anatin'ilay orinasa ny CO2 sy ny ranomandry maina, hanakantsakana ireo mpanakalo hafanana marefo ary mitaky fanakatonana tanteraka ny orinasa.

Dingana 3: Fangatsiahana tafahoatra sy fanitarana

Ny rivotra maina sy voadio ary voatsindry izao dia miditra ao amin'ny "boaty mangatsiaka", rafitra misy insulated be dia be misy ireo mpanakalo hafanana cryogenic sy tsanganana distillation.

Ny dingana fampangatsiahana dia mampiasa ny Effet Joule-Thomson ary fanitarana mekanika. Ny rivotra mafana miditra dia mandalo amin'ny mpanakalo hafanana lehibe, mikoriana mifanohitra amin'ny entona setroka mangatsiaka be (nitrogen sy oksizenina) miverina avy amin'ny tsanganana distillation. Mampihena be ny hafanan'ny rivotra miditra izany.

Mba hahatratrarana ny mari-pana cryogenic marina (ambany -170 ° C), ny ampahany amin'ny rivotra voatsindry dia alefa amin'ny turbo-expander. Rehefa miitatra haingana amin'ny turbine ny entona misy tosidra ambony, dia manao asa mekanika izy, izay manery ny fihenan'ny mari-pana amin'ny entona. Amin'ny fotoana ivoahan'ny rivotra amin'ny mpanakalo hafanana sy ny fanitarana, dia fifangaroan'ny etona mangatsiaka sy rivotra mangatsiaka izy io, vonona ny hisarahana.

Dingana 4: Distillation Fractional Kilonga (Tsanganana HP sy LP)

Ny fon'ny dingan'ny liquefaction dia ny rafitra distillation tsanganana roa, misy tsanganana High-Pressure (HP) mipetraka eo ambanin'ny tsanganana Low-Pressure (LP).

1. Tsanganana fanerena avo: Miditra ao amin'ny faran'ny tsanganana HP ny fifangaroan-drivotra mangatsiaka/etona. Rehefa mianjera any ambany ny ranoka ary miakatra amin'ny alalan'ny sivana misy sivana ny etona, dia mitranga ny fisarahana voalohany. Nitrôgôna, izay manana teboka mangotraka ambany indrindra, miakatra ho entona eny an-tampony. Rano misy oksizenina (misy ny ankamaroan'ny argon) dobo any ambany.
2. Tsanganana fanerena ambany: Ny ranon-javatra misy oksizenina avy any amin'ny farany ambany amin'ny tsanganana HP dia apetaka (miitatra) ao amin'ny tsanganana LP eo amboniny. Noho ny tsindry ambany dia misy fisarahana bebe kokoa. Ny dobo oksizenina ranoka madio dia eo amin'ny faran'ny tsanganana LP, fa ny entona azota madio dia mivoaka avy any ambony.

Dingana 5: Ny Argon Side-Arm Column

Satria eo anelanelan'ny oksizenina sy ny azota ny teboka mampangotraka ny argon, dia mifantoka amin'ny faritra ambany afovoany amin'ny tsanganana Low-Pressure izy. Amin'ny fifantohana ambony indrindra, ny fangaro entona ao amin'io "kibo" manokana amin'ny tsanganana io dia eo amin'ny 10% hatramin'ny 12% argon, ary ny ambiny dia oksizenina sy ny azota kely.

Mba hanesorana azy, ny injeniera dia miditra amin'ity fizarana manokana ity ary manoritra ny fangaro ho rafitra misaraka antsoina hoe the Argon Side-arm Tsanganana.
Ao anatin'ity tsanganana lava be ity (matetika misy takelaka teorika mihoatra ny 150), dia misy distillation faharoa. Satria ny argon dia somary mivadibadika kokoa (mora kokoa ny mangotraka) noho ny oksizenina, ny etona argon dia miakatra eny an-tampon'ny tsanganana amin'ny sisiny, fa ny oksizenina mavesatra kokoa dia mianjera any ambany ary averina any amin'ny tsanganana LP lehibe.

Ny zavatra mipoitra avy eny an-tampon'ny tsanganana amin'ny sisiny dia antsoina hoe "argon crude". Amin'ity dingana ity dia azo liquefied tsara izy io fa 98% fotsiny no madio. Mbola misy oksizenina eo amin'ny 2% eo ho eo ary misy azota azota, izay tsy maintsy esorina amin'ny fampiasana indostrialy.

4. Fanadiovana: Fanatsarana ny Crude ho Argon ranon-javatra madio indrindra

Ho an'ny fampiharana maoderina, indrindra amin'ny indostrian'ny semiconductor sy aerospace, ny argon dia tsy maintsy "dimy sivy" madio (99.999%). Ny argon crude dia tsy maintsy mandalo fanadiovana henjana.

Ny dingana catalytic "Deoxo".

Mba hanesorana ny oksizenina 2% sisa dia alefa any amin'ny reactor catalytic antsoina hoe unit Deoxo ny argon crude. Atsindrona ao anaty ranon-drano ny gazy hydrogène tena madio.
Eo ambanin'ny fisian'ny palladium na platinum catalyst, ny hydrogène dia mihetsika amin'ny molekiola oksizenina ratsy mba hamorona rano (2H).₂ + O₂ → 2H₂O). Mamoaka hafanana kely io fanehoan-kevitra io, ary mamerina indray ny argon ho lasa entona.

Fanamainana farany sy distillation

Ampitaina amin'ny sivana molekiola faharoa ilay gazy avy eo mba hanesorana ireo molekiolan'ny rano vao niforona. Farany, ny maina, gazy argon tsy misy oksizenina Ampidirina ao anaty tsanganana distillation farany—ilay tsanganana argon madio.

Atsofohy indray eto ny argon mandra-piveriny ho lasa ranoka. Ny nitrogen sisa tavela, izay mijanona ho gazy amin'ny mari-pana argon ranon-javatra, dia avoaka avy eny an-tampon'ny tsanganana. Ny fitambaran'ny vokatra vokarina any amin'ny farany ambany dia voadio be, Argon rano mangatsiaka (LAR), vonona amin'ny fizarana ara-barotra.

5. Fitehirizana sy fitaterana ny Argon ranoka

Raha vantany vao voavaly ny fanontaniana momba ny fomba fandoroana gazy argon, ny fanamby manaraka dia ny mitazona azy amin'io fanjakana io. Amin'ny -185,8°C, ny fiposahan'ny hafanana amin'ny manodidina dia hahatonga ilay ranon-javatra hangotraka indray ho lasa entona — tranga iray fantatra amin'ny anarana hoe Entona Mandatsaka (BOG).

Mba hiadiana amin'izany, ny argon ranon-javatra dia arotsaka ao anaty fitoeran-jiro fitehirizana cryogenic tena manokana, misy vacuum-insulated. Ireo tanky ireo dia miasa mitovy amin'ny tavoara thermos. Izy ireo dia misy sambo anatiny vita amin'ny vy tsy misy pentina (izay tsy mora vaky amin'ny mari-pana cryogenic) ary sambo ivelany vita amin'ny vy karbaona. Ny habaka eo anelanelan'ireo sambo roa dia feno vovoka manasaraka (toy ny perlite) ary atsofohy amin'ny vacuum saika tonga lafatra mba hanafoanana ny fifindrana hafanana convective sy conductive.

Rehefa entina any amin'ny mpampiasa farany, ny LAR dia entina amin'ny kamiao mpitatitra cryogenic manokana. Rehefa tonga any amin'ny toeram-pamokarana na hopitaly, dia afindra ao anaty sambo tsy misy vacuum-jacket eo an-toerana. Rehefa mila argon gazy ny mpanjifa amin'ny fizotrany, dia alefa amin'ny alalan'ny vaporizer rivotra manodidina ny ranon-javatra fotsiny — andiana fantsona alimo misy vombony izay mitroka ny hafanana avy amin'ny rivotra manodidina, manafana ny ranon-javatra hiverina ho entona misy tsindry mafy.

6. Fehiny

Ny fiovan'ny rivotra tsy hita maso sy ambient ho lasa ranoka faran'izay madio sy ambany aotra dia fahagagana amin'ny injeniera simika sy thermodynamika maoderina. Amin'ny alàlan'ny dingana henjana amin'ny fanerena tosidra ambony, ny sivana molekiola, ny fanitarana ny Joule-Thomson, ary ny distillation fractional tena saro-pady, ny indostria dia afaka mijinja amin'ny fomba mahomby ny argon izay manarona ny planetantsika.

hahazoana hevi-javatra argon gas liquefaction tena ilaina amin'ny fanatsarana ny rojo famatsiana eran-tany. Rehefa mandroso ny teknolojia-indrindra amin'ny famokarana elektronika, fanontam-pirinty 3D, ary injeniera aerospace-ny fiankinan-doha amin'ny argon ranon-javatra tena madio sy mahomby dia hitombo ihany, ka mahatonga ny fisarahana amin'ny rivotra cryogenic ho iray amin'ireo dingana indostrialy manakiana indrindra, nefa tsy dia ankasitrahana indrindra amin'ny tontolo maoderina.

7. FAQ

Q1: Inona no mari-pana ny argon lasa ranon-javatra?

Argon dia miova avy amin'ny gazy mankany amin'ny ranon-javatra amin'ny teboka mangotraka -185.8°C (-302.4°F) amin'ny tsindrin'ny atmosfera mahazatra. Mba hihazonana azy amin'ny toetry ny rano ho fitehirizana sy fitaterana, dia tsy maintsy tazonina ao anatin'io mari-pana cryogenic io na eo ambanin'io mari-pana cryogenic io amin'ny alàlan'ny sambo manokana misy vacuum-insulated mba hisorohana ny fingotra haingana sy ny fanitarana.

F2: Nahoana ny argon no entina toy ny ranon-javatra fa tsy gazy?

Ny antony voalohany dia ny fahombiazan'ny volume. Rehefa ampangaina ho ranon-javatra ny argon, dia mivaingana amin'ny tahan'ny 1 ka hatramin'ny 840. Midika izany fa ny litatra amin'ny argon ranon-javatra dia mitovitovy amin'ny gazy argon 840 litatra. Ny fitaterana azy ho toy ny ranon-javatra dia ahafahan'ny mpamatsy manatitra entana be dia be ao anaty kamiao iray, izay lafo kokoa sy azo ampiharina amin'ny lozisialy noho ny fitaterana varingarina entona mavesatra sy tosidra ambony.

Q3: Mampidi-doza ve ny fikarakarana argon ranon-javatra?

Eny, ny argon ranoka dia miteraka loza lehibe amin'ny indostria noho ny hatsiaka tafahoatra sy ny maha-asphyxiant azy. Ny fifandraisana amin'ny hoditra amin'ny argon ranon-javatra na fantson-drano cryogenic tsy misy insulated dia mety hiteraka fanala mafy na may avy hatrany. Ankoatr'izay, satria mihamitombo haingana izy io rehefa mafana (840 heny amin'ny habeny), ny fivoahana kely amin'ny argon ranon-javatra ao amin'ny toerana voahidy dia afaka mamindra haingana ny oksizenina manodidina, ka mety ho voan'ny asphyxiation ho an'ny mpiasa eo akaiky eo tsy misy fampitandremana, satria tsy misy loko sy tsy misy fofona ny entona. Takina tanteraka ny ventilation sy ny fitaovana fiarovana manokana (PPE).