Giňden ýaýran, ýöne görünmeýän element Argon, atmosferanyň takmynan 0.93% -ini emele getirýär. Dem alýan howamyzdaky iň köp üçünji gaz bolsa-da, ony senagat, lukmançylyk we ylmy goşundylar üçin ulanmak çylşyrymly in engineeringenerçiligi talap edýär. Temperatureokary temperaturaly kebşirleýişdäki ýaýlary goramakdan başlap, ýarymgeçiriji öndürilende näzik kremniy wafli goramakdan başlap, bu asylly gaza bolan isleg gaty uludyr. Şeýle-de bolsa, ony gazly ýagdaýda daşamak we saklamak gaty netijesiz. Bu esasy senagat meselesini döredýär: argon gazy nädip suwuklandyrylýar global talaplary netijeli kanagatlandyrmak üçin?

Jogap, kriogeniki howa bölünişi diýlip atlandyrylýan çylşyrymly prosesde. 2000 sözden ybarat bu giňişleýin gollanma atmosfera howasyny ýokary arassalanan, kriogen suwuk argona (LAR) öwürmek üçin zerur termodinamiki ýörelgelere, mehaniki in engineeringenerçilige we himiki arassalaýyş ädimlerine çuňňur öwrener.

1. Argona we suwuklandyrmagyň zerurlygyna düşünmek

Suwuklandyrmagyň mehanikasyna girmezden ozal, argonyň nämedigini we suwuklandyryş prosesiniň ykdysady we amaly taýdan näme üçin zerurdygyna düşünmek möhümdir.

Argon (Ar) monatomiki, himiki taýdan inert asylly gazdyr. Reňksiz, yssyz we zäherli däl. Beýleki elementler bilen aşa temperaturada-da täsir etmeýändigi sebäpli, metallurgiýa amallary üçin iň amatly atmosfera galkanydyr.

Näme üçin suwuk Argon?

Islendik atmosfera gazyny suwuklandyrmagyň esasy sebäbi sesiň peselmegi. Adaty atmosfera basyşyndaky gazdan kriogen suwuklyga öwrülende, argon 1-den 840-a çenli giňelýär. Bu 840 litr gazly argonyň bir litrde kondensirlenip biljekdigini aňladýar. suwuk argon. Sesiň bu düýpgöter azalmagy, kriogen tankerli ýük awtoulaglarynyň üsti bilen tygşytly köpçülikleýin daşamaga we önümçilik desgalarynda wakuum izolýasiýa tanklarynda netijeli saklamaga mümkinçilik berýär.

Argonyň fiziki aýratynlyklary

Gazy suwuklyga öwürmek üçin inersenerler termodinamiki aýratynlyklary bilen ýakyndan işlemeli. Aşakda suwuklandyryş parametrlerini görkezýän möhüm fiziki maglumatlar nokatlary bar.

2. Esasy ylym: Kriogen howanyň bölünişi

Argon öndürilmeýär ýa-da sintez edilmeýär; göni töweregimizdäki howadan ýygnalýar. Muňa ýetmek üçin ulanylýan umumy tehnologiýa kriogen fraksiýa distillýasiýasy.

Bu amal himiýanyň esasy ýörelgesine daýanýar: dürli elementler dürli temperaturalarda ýagdaýy üýtgedýärler (kondensasiýa ýa-da gaýnatmak). Daşky gurşaw howasy suwuk bolýança sowadyp, soňra ýuwaş-ýuwaşdan temperaturasyny ýokarlandyryp, inersenerler howa garyndysyny birin-birin gaýnadyp, esasy düzüm böleklerine - azot, kislorod we argona bölüp bilerler.

Argon bölünişiginiň kynçylygy

Argony bölmek, gaýnadýan nokady sebäpli gaty kyn. Üç esasy atmosfera komponentiniň gaýnadýan nokatlaryna serediň:

3. Stepdimme-ädim amal: Howanyň suwuk argona öwrülmegi

Daşky gurşawdan kriogen suwuk argona çenli syýahat köp basgançakly howany bölmek bölümini (ASU) öz içine alýar. Ine, prosesiň jikme-jik, ädim-ädim bölünişi.

1-nji ädim: Howany kabul etmek, gysmak we süzmek

Bu proses çig mal bilen başlaýar: daşky gurşaw howasy.
Uly senagat muşdaklary bölejik maddalary, tozany we mör-möjekleri aýyrmak üçin köp basgançakly süzgüçli jaýlardan howany çekýärler. Süzülenden soň howa köp basgançakly merkezden gaçyryş kompressoryna girýär. Howa takmynan 5-7 bar (70 - 100 psi) basyş bilen gysylýar.

Gazyň gysylmagy tebigy ýagdaýda ep-esli ýylylyk döredýär (gysyş ýylylygy). Muny dolandyrmak üçin gysyş etaplarynyň arasynda interkoler ýerleşdirilýär. Bu etapda howany sowatmak, daş-töwerekdäki atmosfera çyglylygynyň (suw bugynyň) ep-esli böleginiň çykmagyna sebäp bolýar, soň bolsa suwdan çykýar.

2-nji ädim: Molekulýar elekleriň üsti bilen arassalamak

Howa kriogen temperaturasyna sezewar bolmazdan ozal, turbany doňduryp we ýapyp bilýän yz hapalary doly ýok edilmelidir. Bu hapalar esasan aşakdakylary öz içine alýar:

• Galyndy suw bugy (H2O)
• Uglerod dioksidi (CO2)
• Uglewodorodlary yzarlamak

Gysylan howa alýuminiýa we zeolit molekulýar eleklerden ybarat arassalaýyş desgasyndan (PPU) geçýär. Bu elekler çyglylygy we CO2 molekulalaryny siňdirip, ýokary saýlama mikroskopik gubkalar hökmünde çykyş edýär. Bu ädim başa barmasa, CO2 we gury buz ösümligiň içinde emele geler, näzik ýylylyk çalşyjylary ýapar we ösümligiň doly ýapylmagyny talap eder.

3-nji ädim: aşa sowatmak we giňeltmek

Gurak, arassalanan we gysylan howa indi kriogen ýylylyk çalşyjylary we distilýasiýa sütünlerini öz içine alýan gaty izolirlenen gurluş “sowuk gutujyga” girýär.

Sowuklama prosesi ulanylýar Joule-Thomson täsiri we mehaniki giňelmek. Gelýän ýyly howa distilýasiýa sütünlerinden gaýdyp gelýän aşa sowuk gaz gazlaryna (azot we kislorod) garşy tok akýan esasy ýylylyk çalşyjydan geçýär. Bu gelýän howanyň temperaturasyny düýpgöter peseldýär.

Hakyky kriogen temperaturasyna (-170 ° C-den pes) ýetmek üçin gysylan howanyň bir bölegi turbo-ekspander arkaly ugrukdyrylýar. Pressureokary basyşly gaz turbinanyň üsti bilen çalt giňelip barýarka, gazyň temperaturasynyň ep-esli peselmegine mejbur edýän mehaniki işleri ýerine ýetirýär. Howa ýylylyk çalşyjydan we ekspanderden çykýança, ajaýyp sowuk bug bilen suwuk howanyň garyndysy bolup, bölünmäge taýyn.

4-nji ädim: Esasy bölekleýin distilýasiýa (HP we LP sütünleri)

Suwuklandyryş prosesiniň ýüregi pes basyşly (LP) sütüniň aşagynda oturan ýokary basyşly (HP) sütüninden ybarat goşa sütünli distillasiýa ulgamydyr.

1. Pressokary basyş sütüni: Sub sowadylan suwuk / bug howa garyndysy HP sütüniniň düýbüne girýär. Suwuklyk düýbüne gaçyp, buglanan deşilen eleklerden bug ýokarlananda, ilkinji aýralyk bolýar. Azot, iň pes gaýnadýan nokady bilen gaz ýaly ýokarsyna çykýar. Kisloroda baý suwuklyk (argonyň köpüsini öz içine alýar) howuzlary.
2. Pes basyşly sütün: HP sütüniniň aşagyndaky kisloroda baý suwuklyk, ýokardaky LP sütünine zyňylýar (giňeldilýär). Pes basyş sebäpli hasam aýralyk bolýar. LP sütüniniň düýbündäki arassa suwuk kislorod howuzlary, ýokardan arassa azot gazy çykýar.

5-nji ädim: Argon gapdal sütüni

Argonyň gaýnadýan nokady kislorod bilen azotyň arasynda ýerleşýändigi sebäpli, pes basyş sütüniniň aşaky orta böleginde jemlenýär. Iň ýokary konsentrasiýasynda sütüniň bu “garnynda” gaz garyndysy takmynan 10% -den 12% argona, galanlary kislorod we azotyň yzydyr.

Ony çykarmak üçin inersenerler bu aýratyn bölüme basýarlar we garyndyny aýratyn diýilýän gurluşa çekýärler Argon gapdal sütüni.
Bu ajaýyp beýik sütüniň içinde (köplenç 150-den gowrak teoretiki gaplar bar) ikinji derejeli distilýasiýa bolýar. Argon kisloroddan birneme üýtgewsiz (gaýnadylýar) bolany üçin, argon bugy gapdal sütüniň ýokarsyna çykýar, agyr suwuk kislorod bolsa aşak düşýär we esasy LP sütünine gaýtarylýar.

Gapdal sütüniň ýokarsyndan çykýan zatlar “çig argon” diýilýär. Bu etapda üstünlikli suwuklandyrylýar, ýöne bary-ýogy 98% arassa. Onda henizem takmynan 2% kislorod we az mukdarda azot bar, olar senagat taýdan ulanmak üçin aýrylmaly.

4. Arassalamak: Çigligi ýokary arassa suwuk argona çenli ýokarlandyrmak

Döwrebap amaly programmalar üçin, esasanam ýarymgeçiriji we howa giňişliginde argon “bäş dokuz” arassa bolmaly (99,999%). Çig argon berk arassalanmalydyr.

“Deoxo” katalitik prosesi

Galan 2% kislorody aýyrmak üçin çig argon, Deoxo birligi diýlip atlandyrylýan katalitik reaktora ugrukdyrylýar. Içine suwuk akymda ýokary arassa wodorod gazy sanjylýar.
Palladiniň ýa-da platin katalizatorynyň barlygynda wodorod nädogry kislorod molekulalary bilen himiki taýdan reaksiýa berip, suw emele getirýär (2H)₂ + O.₂ → 2H₂O). Bu reaksiýa az wagtlyk ýylylygy bölüp çykarýar we argony wagtlaýynça gaza öwürýär.

Soňky guratmak we arassalamak

Soňra gaz täze döredilen suw molekulalaryny ýok etmek üçin ikinji derejeli molekulýar elekden geçýär. Ahyrynda gury, kislorodsyz argon gazy iň soňky distilýasiýa sütünine - arassa argon sütünine iýmitlenýär.

Bu ýerde argon suwuk ýagdaýa gelýänçä ýene bir gezek sowadylýar. Suwuk argon temperaturasynda gaz bolup galýan galyndy yz azoty sütüniň ýokarsyndan çykýar. Netijede önümiň aşagyndaky howuz, ýokary derejede arassalanan, aşa sowuk Suwuk Argon (LAR), täjirçilik paýlanyşyna taýyn.

5. Suwuk argonyň saklanmagy we daşalmagy

Argon gazynyň suwuklandyrylmagy baradaky soraga jogap berlenden soň, indiki kynçylyk ony şol ýagdaýda saklamakdyr. -185.8 ° C-de, daşky gurşawyň yssysyna täsir etmek suwuklygyň gaza gaýnadylmagyna sebäp bolar - gaýnadylan gaz (BOG).

Munuň garşysyna göreşmek üçin suwuk argon ýokary ýöriteleşdirilen, wakuum izolýasiýa edilen kriogeniki baklara guýulýar. Bu tanklar termos çüýşesine meňzeýär. Olar poslamaýan polatdan ýasalan içki gämiden (kriogen temperaturasynda döwülmeýär) we uglerod polatdan ýasalan daş gämiden durýar. Iki gäminiň arasyndaky boşluk izolýasiýa tozy (perlit ýaly) bilen doldurylýar we konwektiw we geçiriji ýylylyk geçirişini ýok etmek üçin iň oňat vakuuma süýşürilýär.

Ahyrky ulanyjylara daşalanda, LAR ýöriteleşdirilen kriogen tanker awtoulaglarynda göterilýär. Önümçilik zawodyna ýa-da hassahana gelenden soň, ýerinde wakuum kurtkaly gämä geçirilýär. Müşderi öz amallary üçin gazly argona mätäç bolanda, suwuklyk diňe daş-töweregindäki howadan bug alýan, suwuklygy ýokary basyşly gazda howpsuz gyzdyrýan birneme alýumin turbalary arkaly ugrukdyrylýar.

6. Netije

Göze görünmeýän, daşky gurşawyň aşa arassa, aşaky nol suwuklyga öwrülmegi häzirki zaman himiýa in engineeringenerçiliginiň we termodinamikanyň ajaýyplygydyr. Pressureokary basyşly gysyşyň, molekulýar süzgüçiň, Joule-Tomsonyň giňelmegi we ýokary duýgur fraksiýa distilýasiýasynyň berk tapgyrlary arkaly önümçilikler planetamyzy örtýän argony netijeli ýygnap bilerler.

Düşünmek argon gazyny suwuklandyrmak global üpjünçilik zynjyrlaryny optimizirlemek üçin möhümdir. Tehnologiýalaryň ösmegi bilen, esasanam elektronika önümçiliginde, 3D metal çap etmekde we howa giňişliginde in engineeringenerçilikde ýokary arassa, täsirli daşalýan suwuk argona bil baglamak diňe ösmegini dowam etdirer we kriogeniki howa bölünişigini häzirki zaman dünýäsinde iň möhüm, emma baha berilmeýän senagat prosesleriniň birine öwürer.

7. Soraglar

1-nji sorag: Argon haýsy temperatura suwuklyga öwrülýär?

Argon gazdan suwuklyga gaýnap duran nokada geçýär -185,8 ° C (-302,4 ° F) adaty atmosfera basyşynda. Saklamak we daşamak üçin suwuk ýagdaýda saklamak üçin, çalt gaýnamagynyň we giňelmeginiň öňüni almak üçin ýörite vakuum izolýasiýa gämilerini ulanyp, bu kriogen temperaturasynda ýa-da aşagynda saklanmalydyr.

2-nji sorag: Näme üçin argon gaz däl-de, suwuklyk hökmünde daşalýar?

Esasy sebäbi sesiň netijeliligi. Argon suwuklyga sowadylanda 1 bilen 840 nisbatda kondensasiýa bolýar, bu bir litr suwuk argonyň 840 litr argon gazyna deňdigini aňladýar. Suwuklyk hökmünde daşamak üpjün edijilere agyr, ýokary basyşly gaz silindrlerini daşamakdan has tygşytly we maddy-tehniki taýdan amatly bolan bir ýük awtoulagynda köp mukdarda köp mukdarda ibermäge mümkinçilik berýär.

3-nji sorag: Suwuk argony ulanmak howplymy?

Hawa, suwuk argon, aşa sowuklygy we asfiksant hökmünde tebigaty sebäpli möhüm senagat howplaryny döredýär. Suwuk argon ýa-da izolirlenmedik kriogen turbalar bilen deriniň kontakty derrew aýazyň ýa-da kriogeniň ýanmagyna sebäp bolup biler. Mundan başga-da, ýylylyk bilen çalt giňelýändigi sebäpli (göwrüminiň 840 essesi), ýapyk giňişlikde suwuk argonyň syzmagy daşky kislorody çalt ýerleşdirip biler, bu bolsa ýakymsyz işgärler üçin duýduryş bermezden dem alyş howpunyň ýokary bolmagyna sebäp bolýar, sebäbi gaz reňksiz we yssyz. Dogry howa çalşygy we şahsy gorag enjamlary (PPE) berk talap edilýär.