Pehea te Argon Gas Liquefied
Ko Argon, he huānga e kitea ana i nga waahi katoa, e kore e kitea, tata ki te 0.93% o te hau o te Ao. Ahakoa koinei te tuatoru o te hau nui rawa atu o te hau e manawahia ana e tatou, ko te whakamahi mo nga mahi ahumahi, rongoa me nga mahi putaiao me mahi miihini uaua. Mai i te whakamarumaru i nga pewa i roto i te wera-teitei ki te whakamarumaru i nga wafers silicon i te wa o te hanga semiconductor, he nui te tono mo tenei hau rangatira. Heoi, ko te kawe me te penapena i roto i tona ahua hau he tino koretake. Ka puta ake he patai ahumahi: me pehea te wai argon hau ki te whakatutuki pai i nga hiahia o te ao?
Ko te whakautu kei roto i tetahi mahi maangai e kiia nei ko te wehenga hau cryogenic. Ko tenei aratohu matawhānui kupu 2,000 ka ruku hohonu ki nga maataapono whakamaarama, miihini miihini, me nga mahi purenga matū e hiahiatia ana hei huri i te hau kōhauhau ki te tino parakore, cryogenic wai argon (LAR).
1. Te Maramatanga ki Argon me te Hiahia mo te Waiwai
I mua i te ruku ki nga tikanga o te liquefaction, he mea nui kia mohio koe he aha te argon me te take he ohaoha, he mea tika hoki te tukanga liquefaction.
Ko Argon (Ar) he hau monatomic, he matū korekore. He kore tae, he kakara, he kore-paitini. Na te mea karekau e tauhohe ki etahi atu huānga ahakoa i te tino werawera, koinei te parepare hau pai mo nga mahi whakarewa.
He aha te Waihanga Argon?
Ko te take tuatahi mo te whakaheke i te hau hau ko te whakahekenga o te reo. Ina hurihia mai i te hau i te pehanga hau paerewa ki te wai tangihanga, ka uru te argon ki te tauwehenga roha nui o te 1 ki te 840. Ko te tikanga ka taea te 840 rita o te argon hau ki te rita kotahi. argon wai. Ma tenei whakahekenga nui o te rōrahi ka taea te kawe i te nuinga o te utu ma te taraka tanker cryogenic me te penapena pai i roto i nga waka taika-waiwai i nga waahi ahumahi.
Nga Tikanga Tinana o Argon
Ki te raweke i te hau ki roto i te wai, me tino mahi nga miihini me ona ahuatanga thermodynamic. Kei raro nei nga tohu raraunga tinana tino nui e tohu ana i nga tawhā liquefaction.
| Taonga | Uara/Whakaahuatanga |
|---|---|
| Tohu matū | Ar |
| Tau ngota | 18 |
| Ira Kohua (i te 1 atm) | -185.8°C (-302.4°F) |
| Iwi Whakarewa | -189.4°C (-308.9°F) |
| Kiato (Wai i te wahi koropupu) | 1.398 kg/L |
| Te Kohanga o te rangi | 0.934% mā te rōrahi |
| Tauhohenga matū | Korekore (Karehu Noble) |
2. Te Pūtaiao Tuāpapa: Cryogenic Air Separation
Kaore te Argon i hangaia, i te whakahiato ranei; he mea hauhake tika mai i te rangi huri noa i a tatou. Ko te hangarau nui e whakamahia ana ki te whakatutuki i tenei maturu hautanga cryogenic.
Ko tenei tukanga e whakawhirinaki ana ki tetahi maataapono matua o te matū: rereke nga huānga ka huri i te ahua (te whakakoi, te whewhe ranei) i nga pāmahana rereke. Ma te whakamatao i te hau awhiowhio tae noa ki te wai, katahi ka piki haere te pāmahana, ka taea e nga miihini te wehe i te ranunga hau ki ona waahanga turanga—hauota, hāora, me te argon—i te mea ka kohuatia takitahi.
Te Wero o Argon Separation
He tino uaua te wehe i te argon na te mea e koropupu ana. Tirohia nga whewhe o nga wahanga e toru o te hau:
| hau hau | Ira Kohua (i te 1 atm) | Rōrahi i te Hau |
|---|---|---|
| hauota (N2) | -196.0°C (-320.8°F) | 78.08% |
| Argon (Ar) | -185.8°C (-302.4°F) | 0.93% |
| hāora (O2) | -183.0°C (-297.4°F) | 20.95% |
3. Te Tukatuka Maataki-a-Taahiraa: Me pehea te Riro o te Hau Argon Wai
Ko te haerenga mai i te hau ambient ki te wai argon cryogenic ka uru ki te Wae Wehenga Air (ASU). Anei nga korero taipitopito, nga waahanga-a-taahiraa o te tukanga.
Taahiraa 1: Te Hunga Hau, Te Kopeke, me te Tatari
Ka timata te mahi ki te rauemi mata: hau ambient atmospheric.
Ka kumea e nga kaiwhaiwhai ahumahi te hau i roto i nga whare tātari maha-waahanga hei tango i te matūriki, te puehu, me te ngarara. Ka oti te tātari, ka uru te hau ki roto i te kaitao hiko-maha-waahanga. Ka kōpeke te hau ki te pehanga tata ki te 5 ki te 7 pae (70 ki te 100 psi).
Mā te kōpeke hau ka puta te wera nui (te wera o te kōpeketanga). Hei whakahaere i tenei, ka whakanohohia nga intercoolers ki waenga i nga waahanga taapiri. Ko te whakamatao i te hau i tenei wahanga ka nui atu te makuku o te hau (kohu wai) ka whakamatao, ka heke atu.
Hipanga 2: Pure mā te tatari Molecular
I mua i te tukunga o te hau ki te wera tangihanga, me tango katoa nga parapara ka taea te whakatio me te aukati i te paipa. Ko enei poke ko:
- Kohu wai toenga (H2O)
- Waro hauhā (CO2)
- Aroturu waiwaro
Ka tukuna te hau kōpeke i roto i te waeine i mua i te purenga (PPU) kei roto i nga moenga o te alumina me te zeolite molecular sieves. Ko enei sieves he hautai moroiti tino whiriwhiri, he whakamau i te makuku me nga ngota ngota CO2. Ki te rahua tenei mahi, ka puta te CO2 me te hukapapa maroke ki roto i te tipu, ka purua nga whakawhiti wera ngawari me te tono kia kati katoa te tipu.
Hipanga 3: Tino Matao me te Roha
Ko te hau maroke, te para, me te hau kōpeke inaianei ka uru ki roto i te "pouaka makariri," he hanganga tino wetewete e mau ana i nga whakawhiti wera cryogenic me nga pou whakamarumaru.
Ko te tukanga whakamahana ka whakamahi i te Joule-Thomson pānga me te roha miihini. Ka rere te hau mahana taumai i roto i te whakawhiti wera matua, ka rere i te au-a-te-a-nuku ki nga hau wera tino makariri (te hauota me te hāora) ka hoki mai i nga pou whakamahana. Ma tenei ka tino heke te pāmahana hau taumai.
Ki te whakatutuki i te pāmahana cryogenic pono (i raro i te -170°C), ka tukuna tetahi wahi o te hau kōpeke ma te turbo-expander. I te tere tere o te hau pehanga teitei i roto i te turbine, ka mahia e ia nga mahi miihini, ka kaha te heke nui o te pāmahana o te hau. I te wa ka puta te hau i te whakawhiti wera me te whakawhanui, he ranunga o te kohu tino makariri me te hau wai, kua rite mo te wehe.
Wāhanga 4: Māturu Hautau Tuatahi (HP me ngā Tīwae LP)
Ko te ngakau o te tukanga liquefaction ko te punaha whakamarumaru-tīwae-rua, kei roto he pou Pehanga-Teitei (HP) e noho ana i raro i te pou-Pressure (LP).
- Tīwae Pēhanga Nui: Ka uru te ranunga hau wai/kohu iti-matao ki raro o te pou HP. Ka taka te wai ki raro, ka piki ake te kohu i roto i nga paepae tatari, ka puta te wehenga tuatahi. Ko te hauota, me te iti rawa o te piro kohua, ka piki ki runga hei hau. Ko te wai whai hāora (kei roto te nuinga o te argon) puna kei raro.
- Tīwae Pēhanga Iti: Ko te wē whai hāora mai i raro o te tīwae HP ka kumea (whakawhānui) ki te tīwae LP kei runga ake. Na te iti o te pehanga, ka wehe ke atu. Ko nga puna hāora wai parakore ki raro rawa o te tīwae LP, ka puta te hau hauota parakore ki runga.
Hipanga 5: Ko te Argon Side-Arm Column
Na te mea ka noho te ira koropuke o argon i waenganui i te hāora me te hauota, ka aro ki te wahanga o raro-waenganui o te pou Pee-Haka. I tona tino kukū, ko te ranunga hau i roto i tenei "kopu" motuhake o te pou ko te 10% ki te 12% argon, ko te toenga he hāora me tetahi wahi iti o te hauota.
Hei tango mai, ka paopao nga miihini ki tenei waahanga motuhake ka kumea te ranunga ki tetahi hanganga motuhake e kiia nei ko te Argon Side-Arm Column.
I roto i tenei pou tino teitei (he maha nga wa kei roto i te 150 nga papaa whakaaro), ka puta he whakamarumaru tuarua. Na te mea he iti ake te ahua o te argon (he ngawari ake te whewhe) i te hāora, ka piki te kohu argon ki te tihi o te taha taha, ka taka te hāora wai taumaha ki raro, ka whakahokia ki te tīwae LP matua.
Ko nga mea ka puta mai i te tihi o te taha-ringa ka kiia ko te "argon crude." I tenei wa, kua pai te wai, engari he 98% noa. Kei roto tonu i te 2% te hāora me te nui o te hauota, me tango mo nga mahi ahumahi.
4. Te purenga: Te Whakapai ake i te Masivesivá ki te High-Purity Liquid Argon
Mo nga tono hou, ina koa i roto i nga umanga ahuru me te aerospace, me "rima iwa" te argon (99.999%). Me tino purea te argon ma.
Ko te Tukanga Catalytic "Deoxo".
Hei tango i te 2% hāora e toe ana, ka tukuna te argon parakore ki te reactor catalytic e mohiotia ana ko te wae Deoxo. I roto, ka werohia te hau hauwai tino parakore ki te awa wai.
I raro i te aroaro o te palladium, konukawata whakakorikori ranei, ka tauhohe matū te hauwai me nga ngota ngota hāora nanakia hei hanga wai (2H2 + O2 → 2H2O). Ka tukuna e tenei tauhohenga he wera iti, ka huri te argon ki te hau.
Te whakamaroke Whakamutunga me te Maturutanga
Ka tukuna te hau ki roto i te tatari ngota ngota tuarua hei tango i nga ngota ngota wai hou. Ka mutu te maroke, hau argon kore hāora ka whangaia ki roto i te pou whakamarumaru whakamutunga—te pou argon parakore.
I konei, ka whakamataohia ano te argon kia hoki ano ki te ahua wai. Ko nga toenga hauota, ka noho haurehu i te pāmahana argon wai, ka tukuna mai i te tihi o te pou. Ko te hua o te kohinga hua kei raro ka tino purea, ultra-makariri Liquid Argon (LAR), kua rite mo te tohatoha arumoni.
5. Te rokiroki me te kawe i te wai Argon
Kia whakautua te patai me pehea te whakakaha o te hau argon, ko te wero e whai ake nei ko te pupuri i taua ahuatanga. I te -185.8°C, ki te pa atu ki te wera o te taiao, ka hoki ano te wai ki roto i te hau—he ahuatanga e kiia nei ko Boil-Off Gas (BOG).
Hei karo i tenei, ka pupuhihia te argon wai ki roto i nga taika rokiroki cryogenic tino motuhake. He rite te mahi o enei taika ki te ipu takawai. He oko o roto i hanga ki te kowiri tira (kaore e pakarukaru i te wera tangihanga) me tetahi oko o waho i hangaia ki te waro maitai. Ko te mokowhiti i waenga i nga ipu e rua ka whakakiia ki te paura whakamaarama (penei i te perlite) ka panaia ki raro ki te korehau tata-tino pai hei whakakore i te whakawhiti wera convective me te kawe.
Ka haria ki nga kaiwhakamahi mutunga, ka mauhia a LAR i roto i nga taraka tanker cryogenic motuhake. I te taenga atu ki te whare whakangao, ki te hohipera ranei, ka whakawhitia ki roto i tetahi waka korehau-koeke i runga i te waahi. I te wa e hiahia ana te kaihoko ki te argon haurehu mo a raatau mahi, ka tukuna noa te wai ma roto i te whakangohu hau ambient—he raupapa o nga ngongo konumohe whaia e mimiti ana i te wera mai i te hau huri noa, me te whakamahana haumaru i te wai ki roto i te hau pehanga teitei.
6. Whakamutunga
Ko te huringa o te hau e kore e kitea, te hau ambient ki te wai tino parakore, iti-kore he mea whakamiharo o te hangarau matū hou me te thermodynamics. Na roto i nga waahanga uaua o te pehanga teitei, te filtration ngota, te roha o Joule-Thomson, me te whakamaarama hautanga tino tairongo, ka taea e nga umanga te hauhake i te argon e kapi ana i to tatou ao.
Te maramatanga argon hau liquefaction he mea nui mo te arotau i nga mekameka tuku o te ao. I te ahu whakamua o nga hangarau—otira i roto i te hanga hikohiko, te taarua whakarewa 3D, me te miihini aerospace—ka tipu haere tonu te ti'aturi ki te wai argon tino parakore, pai te kawe i te wai, na te mea ko te wehenga o te hau cryogenic tetahi o nga mea tino nui, engari kaore i te tino mihihia, nga tikanga ahumahi o te ao hou.
7. FAQ
Q1: He aha te pāmahana ka riro te argon hei wai?
Ka huri te Argon mai i te hau ki te wai i te ira koropuke o -185.8°C (-302.4°F) i te pehanga hau paerewa. Hei pupuri i roto i te ahua wai mo te rokiroki me te kawe, me pupuri i raro iho ranei i tenei pāmahana cryogenic ma te whakamahi i nga oko korehau motuhake hei aukati i te pupuhi tere me te roha.
Q2: He aha te take i haria ai te argon hei wai, kaua hei hau?
Ko te take tuatahi ko te kaha o te rōrahi. Ka whakamataohia te argon ki roto i te wai, ka whakamatao i te ōwehenga o te 1 ki te 840. Ko te tikanga kei roto i te rita o te argon wai te rite ki te 840 rita o te hau argon. Ko te kawe hei wai ka taea e nga kaiwhakarato te kawe i te nui, te rahinga nui i roto i te taraka kotahi, he tino utu nui ake me te whai kiko atu i te kawe i nga ipu hau taumaha, pehanga teitei.
Q3: He kino te whakahaere argon wai?
Ae, ko te argon wai e whakaatu ana i nga tino moreareatanga o te ahumahi na te tino makariri me te ahua o te mate hau. Ko te pa ki te kiri ki te wai argon me te paipa cryogenic karekau ranei ka pa ki te ngau hukapapa, ki te wera tangihanga ranei. I tua atu, na te mea ka tere te tipu i te wa e mahana ana (840 nga wa o tona rahi), na te iti o te riipene wai argon i roto i te waahi kua kohia ka tere te huri i te hāora ambient, ka nui te mate o te hau mo nga kaimahi e tata ana me te kore he whakatupato, i te mea ko te hau he kore tae, he hongi. Ko nga taputapu whakamarumaru whaiaro me nga taputapu tiaki whaiaro (PPE) e tino hiahiatia ana.
