Аргон, як унсури дар ҳама ҷо паҳншуда, вале ноаён, тақрибан 0,93% атмосфераи Заминро ташкил медиҳад. Гарчанде ки он сеюмин гази фаровон дар ҳавоест, ки мо нафас мекашем, истифодаи он барои барномаҳои саноатӣ, тиббӣ ва илмӣ муҳандисии мураккабро талаб мекунад. Аз камонҳои муҳофизаткунанда дар кафшери ҳарорати баланд то муҳофизати пластинҳои кремнийи нозук ҳангоми истеҳсоли нимноқилҳо, талабот ба ин гази олӣ хеле зиёд аст. Аммо дар холати газй кашондан ва нигох доштани он хеле бесамар аст. Ин як саволи асосии саноатиро ба миён меорад: гази аргон чй тавр моеъ карда мешавад ба таври самаранок конеъ гардондани талаботи чахон?

Ҷавоб дар раванди мураккабест, ки бо номи ҷудошавии криогении ҳаво маълум аст. Ин дастури мукаммали 2,000-калима ба принсипҳои термодинамикӣ, муҳандисии мошинсозӣ ва қадамҳои тозакунии кимиёвӣ, ки барои табдил додани ҳавои атмосфера ба аргонҳои моеъи криогенӣ (LAR) заруранд, амиқтар хоҳад кард.

1. Фаҳмидани Аргон ва зарурати моеъшавӣ

Пеш аз ғарқ шудан ба механикаи моеъ, фаҳмидани он, ки аргон чист ва чаро раванди моеъ аз ҷиҳати иқтисодӣ ва амалӣ зарур аст.

Аргон (Ar) як гази якатомӣ, аз ҷиҳати кимиёвӣ ғайрифаъол аст. Он бе ранг, бӯй ва заҳролуд нест. Азбаски он ҳатто дар ҳарорати шадид бо дигар элементҳо реаксия намедиҳад, он барои равандҳои металлургӣ сипари беҳтарини атмосфера мебошад.

Чаро Аргонро моеъ кардан лозим аст?

Сабаби асосии моеъ гардонидани ҳар як гази атмосфера кам шудани ҳаҷми он мебошад. Ҳангоми аз газ дар фишори стандартии атмосферӣ ба моеъи криогенӣ табдил додани аргон таносуби васеъшавии аз 1 то 840 мешавад. Ин маънои онро дорад, ки 840 литр аргонҳои газиро ба як литр конденсация кардан мумкин аст. моеъгӣ. Ин коҳиши назарраси ҳаҷм имкон медиҳад, ки ҳамлу нақли яклухт тавассути мошинҳои боркаши криогенӣ ва нигоҳдории самаранок дар зарфҳои вакуумӣ дар иншооти саноатӣ.

Хусусиятҳои физикии Аргон

Барои ба моеъ табдил додани газ, муҳандисон бояд бо хосиятҳои термодинамикии он кор кунанд. Дар зер нуқтаҳои муҳими маълумоти физикӣ мавҷуданд, ки параметрҳои моеъро дикта мекунанд.

2. Илми бунёдӣ: Ҷудокунии криогении ҳаво

Аргон истеҳсол ё синтез карда намешавад; онро бевосита аз хавои гирду атрофи мо чамъоварй мекунанд. Технологияи умумӣ барои ноил шудан ба ин аст дистилятсияи фраксияи криогенӣ.

Ин раванд ба принсипи асосии химия такя мекунад: унсурҳои гуногун дар ҳарорати гуногун ҳолатро тағир медиҳанд (конденсатсия ё ҷӯш мекунанд). Бо хунук кардани ҳавои муҳити атроф то ба моеъ табдил ёфтани он ва сипас оҳиста-оҳиста баланд бардоштани ҳарорати он, муҳандисон метавонанд омехтаи ҳаворо ба ҷузъҳои асосии он - нитроген, оксиген ва аргон ҷудо кунанд, вақте ки онҳо як-як ҷӯшонида мешаванд.

Мушкилоти ҷудошавии Аргон

Ҷудо кардани аргон аз сабаби нуқтаи ҷӯшидани он хеле душвор аст. Ба нуқтаҳои ҷӯшидани се ҷузъи асосии атмосфера нигаред:

3. Раванди қадам ба қадам: Чӣ тавр ҳаво ба аргон моеъ табдил меёбад

Сафар аз ҳавои муҳит ба аргонҳои моеъи криогенӣ як воҳиди бисёрмарҳалаи ҷудокунии ҳаво (ASU) -ро дар бар мегирад. Дар ин ҷо тафсилоти муфассали марҳила ба марҳилаи раванд аст.

Қадами 1: Гирифтани ҳаво, фишурдан ва филтратсия

Раванд аз ашёи хом оғоз мешавад: ҳавои атмосфера.
Мухлисони азими саноатӣ ҳаворо тавассути хонаҳои филтрҳои бисёрсатҳӣ мекашанд, то моддаҳои зарраҳо, чанг ва ҳашаротро тоза кунанд. Пас аз филтр кардан, ҳаво ба компрессори чандзинаи марказгурез ворид мешавад. Ҳаво то фишори тақрибан аз 5 то 7 бар (70 то 100 psi) фишурда мешавад.

Фишурдани газ табиатан гармии назаррасро ба вуҷуд меорад (гармии фишурда). Барои идора кардани ин, дар байни марҳилаҳои фишурдакунӣ байни хунуккунӣ ҷойгир карда мешаванд. Хунук кардани ҳаво дар ин марҳила инчунин боиси конденсатсия шудани қисми зиёди намии атмосфераи атмосфера (буғи об) мегардад, ки баъдан холӣ мешавад.

Қадами 2: Тозакунӣ тавассути ҷумбониданҳои молекулавӣ

Пеш аз он ки ҳаво ба ҳарорати криогенӣ дучор шавад, ҳама ифлосиҳои пайгирӣ, ки метавонанд қубурро яхбандӣ ва баста шаванд, бояд комилан хориҷ карда шаванд. Ин ифлосиҳо пеш аз ҳама дар бар мегиранд:

• Буғи оби боқимонда (H2O)
• Диоксиди карбон (CO2)
• Пайдо кардани карбогидридҳо

Ҳавои фишурдашуда аз як дастгоҳи пешакии тозакунӣ (PPU), ки аз катҳои гилхок ва элакҳои молекулавии цеолит иборат аст, гузаронида мешавад. Ин ҷумбонидан ҳамчун исфанҷҳои микроскопии хеле интихобкунанда амал карда, молекулаҳои намӣ ва CO2-ро адсорб мекунанд. Агар ин қадам ноком шавад, СО2 ва яхи хушк дар амиқ дар дохили нерӯгоҳ ба вуҷуд омада, ивазкунандаи гармии нозукро банд мекунад ва қатъи пурраи корхонаро талаб мекунад.

Қадами 3: Сардшавии шадид ва васеъшавӣ

Ҳавои хушк, тозашуда ва фишурда ҳоло ба "қуттии сард" ворид мешавад, ки сохтори сахт изолятсияшуда, ки ивазкунандаи гармии криогенӣ ва сутунҳои дистилятсияро дар бар мегирад.

Раванди хунуккунӣ истифода мебарад Таъсири Ҷоул-Томсон ва васеъкунии механикӣ. Ҳавои гарми воридшаванда аз гармидиҳандаи асосӣ мегузарад ва дар ҷараёни муқобил ба газҳои ихроҷшудаи ниҳоят сард (нитроген ва оксиген), ки аз сутунҳои дистилятсия бармегарданд, ҷорӣ мешавад. Ин ҳарорати ҳавои воридшударо ба таври назаррас коҳиш медиҳад.

Барои ноил шудан ба ҳарорати воқеии криогенӣ (аз -170 ° C), як қисми ҳавои фишурдашуда тавассути турбоэкспандер интиқол дода мешавад. Вақте ки гази фишори баланд тавассути турбина босуръат васеъ мешавад, он кори механикиро иҷро мекунад, ки боиси коҳиши азими ҳарорати газ мегардад. Вақте ки ҳаво аз гармкунак ва экспандер мебарояд, он омехтаи буғи бениҳоят сард ва ҳавои моеъ мебошад, ки барои ҷудошавӣ омода аст.

Қадами 4: Таркиби ибтидоии фраксионӣ (сутунҳои HP ва LP)

Қалби раванди моеъкунӣ системаи дистилятсияи дуқабата мебошад, ки аз сутуни фишори баланд (HP) дар зери сутуни фишори паст (LP) нишастааст.

1. Сутуни фишори баланд: Омехтаи ҳавои зери хунукшудаи моеъ/буғ ба поёни сутуни HP ворид мешавад. Вақте ки моеъ ба поён меафтад ва буғ тавассути ҷўйборҳои ҷумбонида баланд мешавад, ҷудошавии аввал ба амал меояд. Нитроген, ки нуқтаи ҷӯшиши пасттарин дорад, ҳамчун газ ба боло мебарояд. Дар поёни он моеъи аз оксиген бой (дар таркиби аксари аргон) ҳавзҳо мавҷуд аст.
2. Сутуни фишори паст: Моеъи аз оксиген бой аз поёни сутуни HP ба сутуни LP дар болои он дроссел карда мешавад (васеъ карда мешавад). Аз сабаби фишори паст, ҷудошавии минбаъда ба амал меояд. Ҳавзҳои оксигени моеъ дар поёни сутуни LP, дар ҳоле ки гази нитрогени тоза аз боло мебарояд.

Қадами 5: Сутуни паҳлӯи Аргон

Азбаски нуқтаи ҷӯшиши аргон дар байни оксиген ва нитроген ҷойгир аст, он дар қисмати поёнии миёнаи сутуни Фишори паст тамаркуз мекунад. Дар консентратсияи баландтарини худ, омехтаи газ дар ин "шиками" мушаххаси сутун тақрибан аз 10% то 12% аргонро ташкил медиҳад, боқимонда оксиген ва як қисми ночизи нитроген мебошанд.

Барои истихроҷи он, муҳандисон ба ин қисмати мушаххас ворид мешаванд ва омехтаро ба сохтори алоҳидаи замимашуда мекашанд Сутуни паҳлӯи Аргон.
Дар дохили ин сутуни бениҳоят баланд (аксар вақт дорои зиёда аз 150 ҷўйборҳои назариявӣ) дистилятсияи дуюмдараҷа ба амал меояд. Азбаски аргон нисбат ба оксиген каме ноустувортар аст (ҷӯшидани осонтар), буғи аргон ба болои сутуни паҳлӯ мебарояд, дар ҳоле ки оксигени моеъи вазнинтар ба поён меафтад ва ба сутуни асосии LP бармегардад.

Он чизе, ки аз болои сутуни паҳлӯ пайдо мешавад, "аргон хом" номида мешавад. Дар ин марҳила, он бомуваффақият моеъ мешавад, аммо танҳо тақрибан 98% соф аст. Он то ҳол тақрибан 2% оксиген ва миқдори ками нитроген дорад, ки бояд барои истифодаи саноатӣ хориҷ карда шаванд.

4. Тозакунӣ: Навсозии нафт ба аргонҳои моеъи баланд

Барои барномаҳои муосир, махсусан дар саноати нимноқилҳо ва аэрокосмикӣ, аргон бояд “панҷ нуҳ” (99,999%) бошад. Аргонҳои хом бояд аз тозакунии ҷиддӣ гузаранд.

Раванди каталитикии "Deoxo"

Барои хориҷ кардани 2% оксигени боқимонда, аргон хом ба реактори каталитикӣ, ки бо номи агрегати Деоксо маълум аст, интиқол дода мешавад. Дар дохили он ба ҷараёни моеъ гази гидрогени хеле тоза ворид карда мешавад.
Дар зери ҳузури катализатори палладий ё платина, гидроген бо молекулаҳои оксигени қалбакӣ ба таври кимиёвӣ реаксия карда, обро ташкил медиҳад (2H₂ + О₂ → 2H₂О). Ин реаксия миқдори ками гармиро ҷудо карда, лаҳзае аргонро дубора ба газ табдил медиҳад.

Хушккунӣ ва дистилятсияи ниҳоӣ

Пас аз он газ аз ҷумбонидан дуюмдараҷаи молекулавӣ гузаронида мешавад, то молекулаҳои оби навтаъсисшударо аз байн барад. Ниҳоят, хушк, гази аргон бе оксиген ба сутуни охирини дистилятсия — сутуни аргонн соф дода мешавад.

Дар ин ҷо, аргон бори дигар хунук карда мешавад, то он даме, ки он ба ҳолати моеъ бармегардад. Ҳама гуна нитрогени боқимонда, ки дар ҳарорати аргонҳои моеъ газӣ боқӣ мемонад, аз болои сутун хориҷ карда мешавад. Якҷоякунии маҳсулот дар поён ба таври хеле тозашуда ва ултра сарди моеъи Аргон (LAR) мебошад, ки барои паҳнкунии тиҷоратӣ омода аст.

5. Нигоҳдорӣ ва интиқоли Аргонҳои моеъ

Пас аз он ки ба саволи он, ки гази аргон чӣ гуна моеъ мешавад, ҷавоб дода мешавад, мушкилоти навбатӣ нигоҳ доштани он дар он аст. Дар -185,8 ° C, ҳама гуна таъсир ба гармии муҳити зист боиси шадидан ҷӯшидани моеъ мегардад, ки ба газ бармегардад - падидае, ки бо номи гази ҷӯшонидашуда (BOG) маълум аст.

Барои мубориза бо ин, аргонҳои моеъ ба зарфҳои нигоҳдории криогении хеле махсусгардонидашуда, аз вакуумӣ изолятсия карда мешаванд. Ин зарфҳо ба мисли колбаи термос кор мекунанд. Онҳо аз зарфи дарунии аз пӯлоди зангногир сохташуда (ки дар ҳарорати криогенӣ шикаста намешавад) ва зарфи берунии аз пӯлоди карбон сохташуда иборатанд. Фосилаи байни ду зарф бо хокаи изолятсия (ба монанди перлит) пур карда мешавад ва ба вакууми қариб комил интиқол дода мешавад, то интиқоли гармии конвективӣ ва гузаронандаро нест кунад.

Ҳангоми интиқол ба истифодабарандагони ниҳоӣ, LAR дар мошинҳои махсуси криогении танкер интиқол дода мешавад. Ҳангоми расидан ба корхонаи истеҳсолӣ ё беморхона, он ба зарфи статсионарии вакуумӣ дар ҷои ҷойгиршуда интиқол дода мешавад. Вақте ки муштарӣ барои равандҳои худ ба аргонҳои газӣ ниёз дорад, моеъ ба таври оддӣ тавассути бухоркунандаи ҳавои муҳити атроф интиқол дода мешавад - як қатор қубурҳои алюминии қаннодӣ, ки гармиро аз ҳавои атроф ҷаббида, моеъро бехатар ба гази фишори баланд гарм мекунанд.

6. Хулоса

Табдил додани ҳавои ноаён ва муҳити атроф ба моеъи ултра пок ва зери сифр мӯъҷизаи муҳандисии муосири кимиё ва термодинамика мебошад. Тавассути марҳилаҳои ҷиддии фишурдани фишори баланд, филтратсияи молекулавӣ, васеъшавии Ҷоул-Томсон ва дистилятсияи фраксияи хеле ҳассос, соҳаҳо метавонанд аргонеро, ки сайёраи моро фаро мегиранд, самаранок ҷамъоварӣ кунанд.

Фаҳм моеъ гардондани гази аргон барои оптимизатсияи занҷирҳои ҷаҳонии таъминот муҳим аст. Вақте ки технологияҳо пеш мераванд, махсусан дар истеҳсоли электроника, чопи металлҳои 3D ва муҳандисии аэрокосмикӣ, такя ба аргонҳои моеъи хеле тоза ва самаранок интиқолшаванда танҳо афзоиш хоҳад ёфт ва ҷудошавии криогении ҳаворо яке аз муҳимтарин равандҳои саноатӣ, вале қадрношуданӣ дар ҷаҳони муосир месозад.

7. Саволҳо

Саволи 1: Кадом ҳарорат аргон ба моеъ табдил меёбад?

Аргон дар нуқтаи ҷӯшиш аз газ ба моеъ мегузарад -185,8°C (-302,4°F) дар фишори стандартии атмосфера. Барои дар ҳолати моеъ нигоҳ доштани он барои нигоҳдорӣ ва интиқол, он бояд дар ҳарорати криогенӣ бо истифода аз зарфҳои махсуси изолятсияшудаи вакуумӣ нигоҳ дошта шавад, то ҷӯшидани зуд ва васеъшавиро пешгирӣ кунад.

Саволи 2: Чаро аргон ҳамчун моеъ интиқол дода мешавад, на газ?

Сабаби асосӣ самаранокии ҳаҷм аст. Вақте ки аргон ба моеъ хунук карда мешавад, он бо таносуби 1 то 840 конденсатсионӣ мешавад. Ин маънои онро дорад, ки дар як литр аргон моеъ баробари 840 литр гази аргон мавҷуд аст. Интиқоли он ҳамчун моеъ ба таъминкунандагон имкон медиҳад, ки миқдори азим ва яклухтро дар як мошини боркаш интиқол диҳанд, ки нисбат ба интиқоли баллонҳои гази вазнин ва фишори баланд хеле камхарҷ ва аз ҷиҳати логистикӣ амалӣ аст.

Саволи 3: Оё коркарди аргонҳои моеъ хатарнок аст?

Бале, аргонҳои моеъ пеш аз ҳама аз сабаби сардии шадид ва табиати асфиксиант хатарҳои зиёди саноатӣ ба бор меорад. Тамос бо пӯст бо аргонҳои моеъ ё қубурҳои криогении изолятсияшуда метавонад фавран боиси сармозании шадид ё сӯхтаҳои криогенӣ гардад. Гузашта аз ин, азбаски он ҳангоми гарм шуданаш зуд васеъ мешавад (840 маротиба ҳаҷмаш), ихроҷи ночизи аргонҳои моеъ дар фазои пӯшида метавонад оксигени муҳити атрофро зуд аз байн барад, ки ба хатари баланди нафаскашии кормандони ҳамсоя бидуни огоҳӣ оварда мерасонад, зеро газ ранг ва бӯй надорад. Вентилятсияи дуруст ва таҷҳизоти муҳофизати инфиродӣ (PPE) қатъиян талаб карда мешавад.