आर्गॉन (एआर) हा एक दुर्मिळ वायू आहे जो मोठ्या प्रमाणावर धातूशास्त्र, वेल्डिंग, रासायनिक उद्योग आणि इतर क्षेत्रात वापरला जातो. आर्गॉनचे उत्पादन प्रामुख्याने हवेतील विविध वायू घटक वेगळे करण्यावर अवलंबून असते, कारण वातावरणातील आर्गॉनचे प्रमाण सुमारे ०.९३% असते. औद्योगिक आर्गॉन उत्पादनाच्या दोन प्राथमिक पद्धती म्हणजे क्रायोजेनिक डिस्टिलेशन आणि प्रेशर स्विंग ऍडसॉर्प्शन (पीएसए).

क्रायोजेनिक डिस्टिलेशन

क्रायोजेनिक डिस्टिलेशन ही उद्योगात आर्गॉन वेगळे करण्यासाठी सर्वात सामान्यपणे वापरली जाणारी पद्धत आहे. ही पद्धत हवेतील विविध वायू घटकांच्या उकळत्या बिंदूंमधील फरक वापरते, कमी तापमानात हवेचे द्रवीकरण करते आणि ऊर्धपातन स्तंभाद्वारे वायू वेगळे करते.

प्रक्रिया प्रवाह:

वायु पूर्व उपचार: प्रथम, आर्द्रता आणि कार्बन डायऑक्साइड काढून टाकण्यासाठी हवा संकुचित केली जाते आणि सुरुवातीला थंड केली जाते. ओलावा आणि अशुद्धता काढून टाकण्यासाठी ही पायरी सामान्यत: ड्रायर (CD) किंवा आण्विक चाळणी adsorber वापरून साध्य केली जाते.

एअर कॉम्प्रेशन आणि कूलिंग: कोरडे झाल्यानंतर, हवेचा दाब अनेक मेगापास्कलपर्यंत संकुचित केला जातो आणि नंतर हवेचे तापमान द्रवीकरण बिंदूच्या जवळ आणण्यासाठी कूलिंग यंत्राद्वारे (उदा. एअर कूलर) थंड केले जाते. या प्रक्रियेमुळे हवेचे तापमान -170 पर्यंत कमी होते°सी ते -180°सी.

वायु द्रवीकरण: थंड झालेली हवा विस्तार झडपातून जाते आणि क्रायोजेनिक डिस्टिलेशन कॉलममध्ये प्रवेश करते. हवेतील घटक त्यांच्या उकळत्या बिंदूंच्या आधारे स्तंभाच्या आत हळूहळू वेगळे केले जातात. नायट्रोजन (एन₂) आणि ऑक्सिजन (ओ₂) कमी तापमानात वेगळे केले जाते, तर आर्गॉन (Ar), नायट्रोजन आणि ऑक्सिजन (-195.8) यांच्यामध्ये उत्कलन बिंदू असतो°नायट्रोजनसाठी C, -183°ऑक्सिजनसाठी C, आणि -185.7°आर्गॉनसाठी सी), स्तंभाच्या विशिष्ट विभागांमध्ये गोळा केले जाते.

फ्रॅक्शनल डिस्टिलेशन: डिस्टिलेशन कॉलममध्ये, द्रव हवा वेगवेगळ्या तापमानात बाष्पीभवन होते आणि घनरूप होते आणि आर्गॉन प्रभावीपणे वेगळे केले जाते. विभक्त आर्गॉन नंतर गोळा केले जाते आणि अधिक शुद्ध केले जाते.

आर्गॉन शुद्धीकरण:

क्रायोजेनिक डिस्टिलेशन साधारणपणे 99% पेक्षा जास्त शुद्धतेसह आर्गॉन देते. काही ऍप्लिकेशन्ससाठी (उदा., इलेक्ट्रॉनिक्स उद्योगात किंवा उच्च दर्जाच्या सामग्री प्रक्रियेत), नायट्रोजन आणि ऑक्सिजन सारख्या ट्रेस अशुद्धता काढून टाकण्यासाठी शोषक (जसे की सक्रिय कार्बन किंवा आण्विक चाळणी) वापरून अधिक शुद्धीकरण आवश्यक असू शकते.

प्रेशर स्विंग ऍडसॉर्प्शन (PSA)

प्रेशर स्विंग ऍडसॉर्प्शन (PSA) ही आर्गॉन तयार करण्याची दुसरी पद्धत आहे, जी लहान-प्रमाणात उत्पादनासाठी योग्य आहे. ही पद्धत आण्विक चाळणीसारख्या पदार्थांवरील विविध वायूंच्या विविध शोषण वैशिष्ट्यांचा वापर करून आर्गॉनला हवेपासून वेगळे करते.

प्रक्रिया प्रवाह:

शोषण टॉवर: आण्विक चाळणीने भरलेल्या शोषण टॉवरमधून हवा जाते, जेथे नायट्रोजन आणि ऑक्सिजन आण्विक चाळणीद्वारे जोरदारपणे शोषले जातात, तर आर्गॉन सारखे अक्रिय वायू शोषले जात नाहीत, ज्यामुळे ते नायट्रोजन आणि ऑक्सिजनपासून वेगळे होऊ शकतात.

शोषण आणि शोषण: एका चक्रादरम्यान, शोषण टॉवर प्रथम उच्च दाबाखाली हवेतून नायट्रोजन आणि ऑक्सिजन शोषतो, तर आर्गॉन टॉवरच्या आउटलेटमधून बाहेर पडतो. मग, दाब कमी करून, आण्विक चाळणीतून नायट्रोजन आणि ऑक्सिजन शोषून घेतात आणि प्रेशर स्विंग रिजनरेशनद्वारे शोषण टॉवरची शोषण क्षमता पुनर्संचयित केली जाते.

मल्टी-टॉवर सायकल: सामान्यतः, एकाधिक शोषण टॉवर वैकल्पिकरित्या वापरले जातात—एक शोषणासाठी तर दुसरा शोषणात आहे—सतत उत्पादन करण्याची परवानगी देते.

PSA पद्धतीचा फायदा असा आहे की त्यात एक सोपा सेटअप आणि कमी ऑपरेटिंग खर्च आहे, परंतु उत्पादित आर्गॉनची शुद्धता सामान्यतः क्रायोजेनिक डिस्टिलेशनपेक्षा कमी असते. हे कमी आर्गॉन मागणी असलेल्या परिस्थितींसाठी योग्य आहे.

आर्गॉन शुद्धीकरण

क्रायोजेनिक डिस्टिलेशन किंवा PSA वापरत असले तरीही, व्युत्पन्न केलेल्या आर्गॉनमध्ये सामान्यतः कमी प्रमाणात ऑक्सिजन, नायट्रोजन किंवा पाण्याची वाफ असते. आर्गॉनची शुद्धता सुधारण्यासाठी, पुढील शुध्दीकरण चरणांची आवश्यकता असते:

अशुद्धींचे संक्षेपण: काही अशुद्धता घनीभूत करण्यासाठी आणि वेगळे करण्यासाठी आर्गॉनला आणखी थंड करणे.

आण्विक चाळणी शोषण: नायट्रोजन, ऑक्सिजन किंवा पाण्याची वाफ काढण्यासाठी उच्च-कार्यक्षमता आण्विक चाळणी शोषक वापरणे. आण्विक चाळणीमध्ये विशिष्ट छिद्र आकार असतात जे निवडकपणे विशिष्ट वायूचे रेणू शोषू शकतात.

पडदा पृथक्करण तंत्रज्ञान: काही प्रकरणांमध्ये, आर्गॉनची शुद्धता वाढवून, निवडक प्रवेशाच्या आधारे वायू वेगळे करण्यासाठी गॅस सेपरेशन मेम्ब्रेन तंत्रज्ञानाचा वापर केला जाऊ शकतो.

ऑन-साइट आर्गॉन उत्पादनासाठी खबरदारी

सुरक्षितता उपाय:

क्रायोजेनिक धोका: द्रव आर्गॉन अत्यंत थंड आहे, आणि हिमबाधा टाळण्यासाठी त्याचा थेट संपर्क टाळावा. ऑपरेटरने विशेष क्रायोजेनिक संरक्षणात्मक कपडे, हातमोजे आणि गॉगल घालावेत.

श्वासोच्छवासाचा धोका: आर्गॉन हा एक निष्क्रिय वायू आहे आणि ऑक्सिजन विस्थापित करू शकतो. बंदिस्त जागेत, आर्गॉन गळतीमुळे ऑक्सिजनची पातळी कमी होऊ शकते, परिणामी श्वासोच्छवास होतो. म्हणून, ज्या भागात आर्गॉनचे उत्पादन आणि साठवण केले जाते ते हवेशीर असणे आवश्यक आहे आणि ऑक्सिजन मॉनिटरिंग सिस्टम स्थापित करणे आवश्यक आहे.

उपकरणे देखभाल:

दबाव आणि तापमान नियंत्रण: आर्गॉन उत्पादन उपकरणांना दाब आणि तापमानाचे कडक नियंत्रण आवश्यक असते, विशेषत: क्रायोजेनिक डिस्टिलेशन कॉलम आणि शोषण टॉवर्समध्ये. सर्व पॅरामीटर्स सामान्य श्रेणींमध्ये आहेत याची खात्री करण्यासाठी उपकरणांची नियमितपणे तपासणी केली पाहिजे.

गळती प्रतिबंध: आर्गॉन प्रणाली उच्च दाब आणि कमी तापमानात कार्यरत असल्याने, सील अखंडता महत्त्वपूर्ण आहे. गॅस गळती रोखण्यासाठी गॅस पाइपलाइन, सांधे आणि व्हॉल्व्हची वेळोवेळी तपासणी केली पाहिजे.

गॅस शुद्धता नियंत्रण:

अचूक निरीक्षण: आवश्यक आर्गॉनची शुद्धता अर्जावर अवलंबून बदलते. आर्गॉनची शुद्धता तपासण्यासाठी आणि उत्पादन औद्योगिक मानकांची पूर्तता करत असल्याची खात्री करण्यासाठी गॅस विश्लेषकांचा नियमित वापर केला पाहिजे.

अशुद्धता व्यवस्थापन: विशेषतः, क्रायोजेनिक डिस्टिलेशनमध्ये, आर्गॉनचे पृथक्करण डिस्टिलेशन कॉलम डिझाइन, ऑपरेटिंग परिस्थिती आणि कूलिंग प्रभावीपणामुळे प्रभावित होऊ शकते. आर्गॉनच्या अंतिम वापरावर अवलंबून पुढील शुद्धीकरण आवश्यक असू शकते (उदा., इलेक्ट्रॉनिक्स उद्योगासाठी अति-उच्च शुद्धता आर्गॉन).

ऊर्जा कार्यक्षमता व्यवस्थापन:

ऊर्जेचा वापर: क्रायोजेनिक डिस्टिलेशन ऊर्जा-केंद्रित आहे, त्यामुळे ऊर्जेची हानी कमी करण्यासाठी कूलिंग आणि कॉम्प्रेशन प्रक्रिया अनुकूल करण्यासाठी प्रयत्न केले पाहिजेत.

कचरा उष्णता पुनर्प्राप्ती: क्रायोजेनिक डिस्टिलेशन प्रक्रियेदरम्यान तयार होणारी शीत ऊर्जा पुनर्प्राप्त करण्यासाठी आधुनिक आर्गॉन उत्पादन सुविधा अनेकदा कचरा उष्णता पुनर्प्राप्ती प्रणाली वापरतात, एकूण ऊर्जा कार्यक्षमता सुधारतात.

औद्योगिक उत्पादनामध्ये, आर्गॉन प्रामुख्याने क्रायोजेनिक डिस्टिलेशन आणि प्रेशर स्विंग शोषण पद्धतींवर अवलंबून असते. क्रायोजेनिक डिस्टिलेशनसाठी मोठ्या प्रमाणावर वापरले जाते मोठ्या प्रमाणात आर्गॉन उत्पादन उच्च शुद्धता आर्गॉन प्रदान करण्याच्या क्षमतेमुळे. सुरक्षा, उपकरणे देखभाल, गॅस शुद्धता नियंत्रण आणि ऊर्जा कार्यक्षमता व्यवस्थापन सुनिश्चित करण्यासाठी उत्पादनादरम्यान विशेष लक्ष देणे आवश्यक आहे.