Аргон газы ничек сыекландырылган
Аргон, бөтен җирдә дә күренми торган элемент, ’ир атмосферасының якынча 0,93% тәшкил итә. Бу без сулый торган һавада өченче мул газ булса да, аны сәнәгать, медицина һәм фәнни куллану өчен куллану катлаулы инженерия таләп итә. Highгары температуралы эретеп ябыштыруда аркаларны саклаудан алып, ярымүткәргеч җитештергәндә нечкә кремний вафаларын саклауга кадәр, бу асыл газга ихтыяҗ бик зур. Ләкин аны газлы хәлдә ташу һәм саклау бик эффектив түгел. Бу сәнәгатьнең төп соравын тудыра: ничек аргон газы сыекландырылган глобаль таләпләрне нәтиҗәле канәгатьләндерергә?
Cryавап криогеник һаваны аеру дип аталган катлаулы процесста. 2000 сүздән торган бу кулланма термодинамик принципларга, машина төзелешенә, химик чистарту адымнарына тирәнтен керәчәк, атмосфера һавасын югары чистартылган, криогеник сыек аргонга (LAR) әйләндерү өчен кирәк.
1. Аргонны һәм сыекландыру кирәклеген аңлау
Сыекландыру механикасына чумганчы, аргонның нәрсә икәнен һәм ни өчен сыекландыру процессының экономик һәм практик яктан кирәклеген аңлау бик мөһим.
Аргон (Ар) - монатомик, химик яктан инерт асыл газ. Бу төссез, иссез һәм агулы түгел. Ул хәтта башка температуралар белән дә реакцияләнмәгәнгә, металлургия процесслары өчен идеаль атмосфера калканы.
Нигә Ликифи Аргон?
Атмосфера газын сыекландыруның төп сәбәбе - күләмнең кимүе. Стандарт атмосфера басымындагы газдан криогеник сыеклыкка әверелгәч, аргон масштаблы киңәю коэффициентын кичерә, димәк, 840 литр газлы аргон бер литрга конденсацияләнә ала. сыек аргон. Бу күләмнең кискен кимүе криоген танкер машиналары аша күп чыгымлы эффектив ташу һәм сәнәгать объектларында вакуум изоляцияләнгән танкларда эффектив саклау мөмкинлеген бирә.
Аргонның физик үзлекләре
Газны сыеклыкка манипуляцияләү өчен инженерлар аның термодинамик үзлекләре белән тыгыз эшләргә тиеш. Түбәндә сыеклык параметрларын күрсәтүче критик физик мәгълүмат пунктлары китерелгән.
| Милек | Кыйммәт / тасвирлау |
|---|---|
| Химик символ | Ар |
| Атом саны | 18 |
| Кайнау ноктасы (1 атм) | -185,8 ° C (-302,4 ° F) |
| Эретү ноктасы | -189,4 ° C (-308,9 ° F) |
| Тыгызлыгы (кайнап торган сыеклык) | 1,398 кг / Л. |
| Атмосфера концентрациясе | Күләм буенча 0,934% |
| Химик реактивлык | Инерт (затлы газ) |
2. Фундаменталь фән: Криогеник һаваны аеру
Аргон җитештерелмәгән яки синтезланмаган; туры тирәдәге һавадан җыеп алалар. Моңа ирешү өчен кулланылган төп технология криоген фракциональ дистилляция.
Бу процесс химиянең төп принцибына таяна: төрле элементлар төрле температурада халәтне үзгәртә (конденса яки кайнаталар). Әйләнә-тирә һаваны сыеклыкка кадәр суытып, аннары температурасын әкренләп күтәреп, инженерлар һава катнашмасын төп компонентларга - азот, кислород һәм аргонга аера алалар, алар бер-бер артлы кайнап торалар.
Аргонны аеру проблемасы
Аргонны аеру аның кайнавы аркасында билгеле. Өч төп атмосфера компонентларының кайнап торган нокталарына карагыз:
| Атмосфера газы | Кайнау ноктасы (1 атм) | Airавада күләм |
|---|---|---|
| Азот (N2) | -196.0 ° C (-320,8 ° F) | 78,08% |
| Аргон (ар) | -185,8 ° C (-302,4 ° F) | 0,93% |
| Кислород (O2) | -183.0 ° C (-297,4 ° F) | 20,95% |
3. Адым саен процесс: Airава ничек сыек Аргонга әйләнә
Әйләнә-тирә һавадан криогеник сыек аргонга сәяхәт күп этаплы һаваны аеру берәмлеген (ASU) үз эченә ала. Менә процессның җентекле, этаплап өзелүе.
1 адым: Airава кабул итү, кысу һәм фильтрлау
Процесс чимал белән башлана: атмосфера һавасы.
Зур сәнәгать җанатарлары һаваны күп этаплы фильтрлы йортлар аша кисәкчәләр матдәсен, тузанны, бөҗәкләрне чыгару өчен тарталар. Фильтрланганнан соң, һава күп этаплы центрифугааль компрессорга керә. Airава якынча 5-7 бар басымга кысыла (70 - 100 пси).
Газны кысу табигый рәвештә зур җылылык китерә (кысу җылылыгы). Моны идарә итү өчен, кысу этаплары арасында интеркулерлар урнаштырыла. Бу этапта һаваны суыту шулай ук атмосфера дымының (су парларының) зур өлешен конденсациягә китерә, ул соңыннан агызыла.
2 адым: Молекуляр караклар аша чистарту
Cryава криоген температурасына дучар булганчы, торбаны туңдырырга һәм блокларга мөмкин булган барлык пычраклыклар тулысынча бетерелергә тиеш. Бу пычраклыклар беренче чиратта:
- Калдык су парлары (H2O)
- Углерод газы (CO2)
- Углеводород эзләре
Кысылган һава алумина һәм зеолит молекуляр алакалардан торган чистарту алдыннан берәмлек (PPU) аша уза. Бу кулаклар югары сайлап алынган микроскопик губкалар ролен үтиләр, дымны һәм CO2 молекулаларын сеңдерәләр. Бу адым үтәлмәсә, CO2 һәм коры боз үсемлек эчендә тирән барлыкка килерләр, нечкә җылылык алмаштыргычларны тыгып, заводны тулысынча ябуны таләп итәрләр.
3 адым: Экстремаль суыту һәм киңәйтү
Коры, чистартылган һәм кысылган һава хәзер "салкын тартмага" керә, криогеник җылылык алмаштыргычлар һәм дистиллон баганалары урнашкан каты изоляцияләнгән структура.
Суыту процессы куллана Джул-Томсон эффекты һәм механик киңәю. Килгән җылы һава төп җылылык алмаштыргыч аша уза, дистиллон баганаларыннан кире салкын ток чыгаручы газларга (азот һәм кислород) каршы ток агыла. Бу керә торган һава температурасын кискен төшерә.
Чын криоген температурасына ирешү өчен (-170 ° C-тан түбән) кысылган һаваның бер өлеше турбо-экспандер аша юнәлтелә. Pressureгары басымлы газ турбина аша тиз арада киңәю белән, ул механик эш башкара, бу газ температурасының зур төшүенә мәҗбүр итә. Airава җылылык алмаштыргычтан һәм экспандердан чыккач, ул искиткеч салкын пар һәм сыек һава катнашмасы, аерылырга әзер.
4 адым: Беренчел фракциональ дистилляция (HP һәм LP баганалары)
Сыекландыру процессының үзәге - түбән басымлы (LP) багана астында утырган югары басымлы (HP) баганадан торган ике баганалы дистилляция системасы.
- Pressгары басым баганасы: Суб-суытылган сыек / парлы һава катнашмасы HP баганасы төбенә керә. Сыеклык төбенә төшеп, пар тишелгән чаналар аша күтәрелгәч, беренче аерылу була. Азот, иң түбән кайнау ноктасы белән, газ кебек өскә күтәрелә. Кислородка бай сыеклык (күпчелек аргонны үз эченә ала) бассейн.
- Түбән басымлы багана: HP баганасы төбеннән кислородка бай сыеклык аның өстендәге LP баганасына ыргытыла (киңәйтелә). Түбән басым аркасында алга таба аерылу була. LP баганасының иң төбендә чиста сыек кислород бассейннары, өстән саф азот газы чыга.
5 адым: Аргон ягы-багана
Аргонның кайнау ноктасы кислород белән азот арасында утырганга, ул түбән басым баганасының аскы-урта өлешендә тупланган. Иң югары концентрациядә, багананың бу "корсагында" газ катнашмасы якынча 10% - 12% аргон, калганнары кислород һәм азот эзе.
Аны чыгару өчен, инженерлар бу конкрет бүлеккә керәләр һәм катнашманы аерым, бәйләнгән структурага тарталар Аргон Сид-Арм баганасы.
Бу искиткеч биек багана эчендә (еш кына 150 дән артык теоретик подшипник), икенчел дистилляция барлыкка килә. Аргон кислородка караганда бераз үзгәрүчән (кайнату җиңелрәк) булганга, аргон парлары як багана башына күтәрелә, авыррак сыек кислород төбенә төшә һәм төп LP баганасына кире кайтарыла.
Кул баганасының өске өлешеннән чыккан нәрсә "чиста аргон" дип атала. Бу этапта ул уңышлы сыекландырыла, ләкин якынча 98% чиста. Анда әле якынча 2% кислород һәм аз күләмле азот бар, алар сәнәгатьтә кулланылырга тиеш.
4. Чистарту: Чималны югары чиста сыек Аргонга күтәрү
Заманча кушымталар өчен, аеруча ярымүткәргеч һәм аэрокосмик тармакларда, аргон "биш тугыз" чиста булырга тиеш (99,999%). Чиста аргон каты чистартылырга тиеш.
"Деоксо" катализатор процессы
Калган 2% кислородны чыгару өчен, чиста аргон Deoxo берәмлеге дип аталган катализатор реакторга юнәлтелә. Эчтә, бик чиста водород газы сыек агымга кертелә.
Палладий яки платина катализаторы булганда, водород химик реакциядә кислород молекулалары белән су барлыкка китерә (2H)2 + O.2 → 2Х2О). Бу реакция аз күләмдә җылылык җибәрә, вакытлыча аргонны газга әйләндерә.
Соңгы киптерү һәм дистилляция
Аннары газ яңа барлыкка килгән су молекулаларын тартып алу өчен икенчел молекуляр эләк аша уза. Ниһаять, коры, кислородсыз аргон газы соңгы дистиллон баганасына - саф аргон баганасына бирелә.
Монда, аргон сыек хәлгә кайтканчы тагын бер тапкыр суытыла. Сыек аргон температурасында газ булып калган теләсә нинди азот азот багана өслегеннән вентиляцияләнә. Нәтиҗә ясалган продукт түбән чистартылган, ультра-салкын сыек Аргон (LAR), коммерция таратуга әзер.
5. Сыек Аргонны саклау һәм ташу
Аргон газын ничек сыекландыралар дигән сорауга җавап бирелгәннән соң, киләсе проблема аны шул хәлдә тоту. -185,8 ° C температурада, әйләнә-тирә җылылыкка тәэсир итү сыеклыкның каты газга кайнавына китерәчәк - кайнату газы (BOG).
Моның белән көрәшү өчен, сыек аргон югары махсуслаштырылган, вакуум-изоляцияләнгән криоген саклагычларга җибәрелә. Бу танклар термос флассасына охшаш эшли. Алар дат басмас корычтан ясалган эчке савыттан (ул криоген температурада ватылмый) һәм углерод корычтан ясалган тышкы корабтан тора. Ике суднолар арасындагы киңлек изоляцион порошок белән тутырылган (перлит кебек) һәм конвектив һәм үткәргеч җылылык үткәрүне бетерү өчен бик яхшы вакуумга җибәрелә.
Соңгы кулланучыларга ташылганда, LAR махсус криоген танкер машиналарында йөртелә. Manufacturingитештерү заводына яки больницага килеп җиткәч, ул стационар вакуумлы куртка урынына күчерелә. Клиент үз процесслары өчен газлы аргонга мохтаҗ булганда, сыеклык әйләнә-тирә һава парлары аша җибәрелә - әйләнә-тирә һавадан җылылык сеңдерә торган сыек алюминий торбалар сериясе, сыеклыкны югары басымлы газга җылытып җибәрә.
6. Йомгаклау
Күренми торган, әйләнә-тирә һаваны ультра-саф, суб-нуль сыеклыгына әйләндерү - хәзерге химия инженериясе һәм термодинамикасы. Pressureгары басымлы кысу, молекуляр фильтрлау, Джул-Томсонның киңәюе, һәм бик сизгер фракциональ дистилляциянең катлаулы этаплары аша тармаклар планетабызны каплаган аргонны уңышлы җыя алалар.
Аңлау аргон газын сыекландыру глобаль тәэмин итү чылбырын оптимальләштерү өчен бик мөһим. Технологияләр алга киткәндә, аеруча электроника җитештерүдә, 3D металл бастыруда һәм аэрокосмик инженериядә - бик саф, эффектив ташылган сыек аргонга таяну үсәчәк, криогеник һаваны аеру хәзерге дөньяның иң критик, ләкин бәяләнмәгән, сәнәгать процессларының берсе булыр.
7. Сораулар
1 нче сорау: Аргон нинди температурага әйләнә?
Аргон газдан сыеклыкка кайнап торган урында күчә -185,8 ° C (-302,4 ° F) стандарт атмосфера басымында. Аны саклау һәм ташу өчен сыек хәлдә тоту өчен, ул тиз кайнап һәм киңәю өчен махсус вакуум изоляцияләнгән суднолар кулланып, бу криоген температурада яки түбәндә сакланырга тиеш.
2 нче сорау: Ни өчен аргон газ түгел, ә сыеклык итеп ташыла?
Төп сәбәп - күләм эффективлыгы. Аргон сыеклыкка суытылганда, ул 1 - 840 нисбәтендә конденсацияләнә, димәк, бер литр сыек аргон 840 литр аргон газына тиң. Аны сыеклык итеп ташу тәэмин итүчеләргә күп, күп күләмдә бер йөк машинасында китерергә мөмкинлек бирә, бу авыр, югары басымлы газ баллоннарын ташуга караганда күпкә кыйммәтрәк һәм логистик яктан практик.
3 нче сорау: Сыек аргон белән эш итү куркынычмы?
Әйе, сыек аргон сәнәгать өчен зур куркыныч тудыра, иң элек салкын һәм асфиксиант буларак табигате аркасында. Сыек аргон яки изоляцияләнмәгән криоген торбалар белән тире контактлары каты аяз яки криоген януларга китерергә мөмкин. Моннан тыш, ул җылынган вакытта тиз киңәя (аның күләме 840 тапкыр), ябык киңлектә сыек аргонның кечкенә агып чыгуы әйләнә-тирә кислородны тиз арада алыштыра ала, бу газсыз төссез һәм иссез булганга, якын-тирә персонал өчен асфиксиация куркынычына китерә. Дөрес вентиляция һәм шәхси саклагыч җиһазлар (PPE) катгый таләп ителә.
