آرگن، ایک ہر جگہ لیکن پوشیدہ عنصر، زمین کے ماحول کا تقریباً 0.93% حصہ بناتا ہے۔ اگرچہ یہ ہوا میں تیسری سب سے زیادہ وافر گیس ہے جسے ہم سانس لیتے ہیں، لیکن اسے صنعتی، طبی اور سائنسی استعمال کے لیے استعمال کرنے کے لیے پیچیدہ انجینئرنگ کی ضرورت ہوتی ہے۔ ہائی ٹمپریچر ویلڈنگ میں آرکس کو بچانے سے لے کر سیمی کنڈکٹر مینوفیکچرنگ کے دوران نازک سلکان ویفرز کی حفاظت تک، اس عظیم گیس کی مانگ بہت زیادہ ہے۔ تاہم، اس کی گیسی حالت میں نقل و حمل اور ذخیرہ کرنا انتہائی ناکارہ ہے۔ اس سے ایک بنیادی صنعتی سوال پیدا ہوتا ہے: آرگن گیس کیسے مائع ہوتی ہے۔ مؤثر طریقے سے عالمی مطالبات کو پورا کرنے کے لئے؟

اس کا جواب ایک نفیس عمل میں ہے جسے کرائیوجینک ہوا کی علیحدگی کہا جاتا ہے۔ یہ 2,000 الفاظ پر مشتمل جامع گائیڈ تھرموڈینامک اصولوں، مکینیکل انجینئرنگ، اور کیمیکل پیوریفیکیشن کے اقدامات کا گہرائی میں جائزہ لے گی جو ماحولیاتی ہوا کو انتہائی صاف، کرائیوجینک مائع آرگن (LAR) میں تبدیل کرنے کے لیے درکار ہیں۔

1. آرگن اور مائع کی ضرورت کو سمجھنا

لیکویفیکشن کے میکانکس میں غوطہ لگانے سے پہلے، یہ سمجھنا بہت ضروری ہے کہ آرگن کیا ہے اور لیکیفیکشن کا عمل معاشی اور عملی طور پر کیوں ضروری ہے۔

Argon (Ar) ایک موناٹومک، کیمیائی طور پر غیر فعال نوبل گیس ہے۔ یہ بے رنگ، بو کے بغیر اور غیر زہریلا ہے۔ چونکہ یہ انتہائی درجہ حرارت پر بھی دوسرے عناصر کے ساتھ رد عمل ظاہر نہیں کرتا ہے، یہ میٹالرجیکل عمل کے لیے مثالی ماحولیاتی ڈھال ہے۔

کیوں Liquefy Argon؟

کسی بھی ماحولیاتی گیس کو مائع کرنے کی بنیادی وجہ حجم میں کمی ہے۔ جب معیاری ماحول کے دباؤ پر گیس سے کرائیوجینک مائع میں تبدیل ہوتا ہے، تو آرگن 1 سے 840 کے بڑے پیمانے پر توسیعی تناسب سے گزرتا ہے۔ اس کا مطلب ہے کہ 840 لیٹر گیسی آرگن کو ایک لیٹر میں گاڑھا کیا جا سکتا ہے۔ مائع ارگون. حجم میں یہ ڈرامائی کمی کرائیوجینک ٹینکر ٹرکوں کے ذریعے لاگت سے موثر بلک ٹرانسپورٹیشن اور صنعتی سہولیات میں ویکیوم انسولیٹ ٹینکوں میں موثر اسٹوریج کی اجازت دیتی ہے۔

ارگون کی جسمانی خصوصیات

کسی گیس کو مائع میں تبدیل کرنے کے لیے، انجینئرز کو اس کی تھرموڈینامک خصوصیات کے ساتھ قریب سے کام کرنا چاہیے۔ ذیل میں اہم جسمانی ڈیٹا پوائنٹس ہیں جو لیکیفیکشن پیرامیٹرز کا حکم دیتے ہیں۔

2. بنیادی سائنس: کریوجینک ایئر علیحدگی

Argon تیار یا ترکیب نہیں ہے؛ یہ براہ راست ہمارے ارد گرد کی ہوا سے حاصل کی جاتی ہے۔ اس کو حاصل کرنے کے لیے استعمال ہونے والی بڑی ٹیکنالوجی ہے۔ کریوجینک فریکشنل ڈسٹلیشن.

یہ عمل کیمسٹری کے ایک بنیادی اصول پر انحصار کرتا ہے: مختلف عناصر مختلف درجہ حرارت پر حالت (گاڑھا یا ابال) کو تبدیل کرتے ہیں۔ محیطی ہوا کو اس وقت تک ٹھنڈا کر کے جب تک کہ یہ مائع نہ بن جائے، اور پھر آہستہ آہستہ اس کا درجہ حرارت بڑھا کر، انجینئرز ہوا کے مرکب کو اس کے بنیادی اجزاء یعنی نائٹروجن، آکسیجن اور آرگن میں الگ کر سکتے ہیں جیسے کہ وہ ایک ایک کرکے ابلتے ہیں۔

آرگن علیحدگی کا چیلنج

آرگن کو الگ کرنا اس کے ابلتے ہوئے نقطہ کی وجہ سے بدنام زمانہ مشکل ہے۔ تین اہم ماحولیاتی اجزاء کے ابلتے پوائنٹس کو دیکھیں:

3. مرحلہ وار عمل: ہوا مائع آرگن کیسے بنتی ہے۔

محیطی ہوا سے کرائیوجینک مائع آرگن تک کے سفر میں ایک ملٹی سٹیج ایئر سیپریشن یونٹ (ASU) شامل ہے۔ یہاں اس عمل کی تفصیلی، مرحلہ وار خرابی ہے۔

مرحلہ 1: ایئر انٹیک، کمپریشن، اور فلٹریشن

یہ عمل خام مال سے شروع ہوتا ہے: محیطی ماحول کی ہوا۔
بڑے پیمانے پر صنعتی پرستار ملٹی اسٹیج فلٹر ہاؤسز کے ذریعے ہوا کھینچتے ہیں تاکہ ذرات، دھول اور کیڑے مکوڑوں کو دور کیا جا سکے۔ ایک بار فلٹر ہونے کے بعد، ہوا ایک ملٹی سٹیج سینٹرفیوگل کمپریسر میں داخل ہو جاتی ہے۔ ہوا کو تقریباً 5 سے 7 بار (70 سے 100 پی ایس آئی) کے دباؤ میں دبایا جاتا ہے۔

گیس کو کمپریس کرنے سے قدرتی طور پر اہم حرارت (کمپریشن کی گرمی) پیدا ہوتی ہے۔ اس کا انتظام کرنے کے لیے، انٹرکولرز کو کمپریشن کے مراحل کے درمیان رکھا جاتا ہے۔ اس مرحلے پر ہوا کو ٹھنڈا کرنے سے بھی ماحول کی نمی (پانی کے بخارات) کا ایک بڑا حصہ گاڑھا ہو جاتا ہے، جو بعد میں ختم ہو جاتا ہے۔

مرحلہ 2: سالماتی چھلنی کے ذریعے طہارت

اس سے پہلے کہ ہوا کو کرائیوجینک درجہ حرارت کا نشانہ بنایا جائے، تمام ٹریس نجاست جو پائپنگ کو منجمد اور بلاک کر سکتی ہے، مکمل طور پر ہٹا دی جانی چاہیے۔ ان نجاستوں میں بنیادی طور پر شامل ہیں:

• بقایا پانی کے بخارات (H2O)
• کاربن ڈائی آکسائیڈ (CO2)
• ہائیڈرو کاربن کا سراغ لگانا

کمپریسڈ ہوا ایک پری پیوریفیکیشن یونٹ (PPU) سے گزرتی ہے جس میں ایلومینا اور زیولائٹ مالیکیولر سیوز کے بستر ہوتے ہیں۔ یہ چھلنی انتہائی منتخب خوردبین سپنج کے طور پر کام کرتی ہیں، نمی اور CO2 مالیکیولز کو جذب کرتی ہیں۔ اگر یہ مرحلہ ناکام ہوجاتا ہے تو، CO2 اور خشک برف پودے کے اندر گہرائی میں بن جائے گی، نازک ہیٹ ایکسچینجرز کو بند کردے گی اور پلانٹ کو مکمل طور پر بند کرنے کی ضرورت ہوگی۔

مرحلہ 3: انتہائی ٹھنڈک اور توسیع

خشک، صاف، اور کمپریسڈ ہوا اب "کولڈ باکس" میں داخل ہوتی ہے، ایک بھاری موصل ڈھانچہ جس میں کرائیوجینک ہیٹ ایکسچینجرز اور ڈسٹلیشن کالم ہوتے ہیں۔

کولنگ کا عمل استعمال کرتا ہے۔ جول-تھامسن اثر اور مکینیکل توسیع۔ آنے والی گرم ہوا ایک مرکزی ہیٹ ایکسچینجر سے گزرتی ہے، جو ڈسٹلیشن کالموں سے واپس آنے والی انتہائی ٹھنڈی اخراج گیسوں (نائٹروجن اور آکسیجن) کی طرف متضاد بہہ جاتی ہے۔ اس سے آنے والی ہوا کا درجہ حرارت ڈرامائی طور پر گرتا ہے۔

حقیقی کرائیوجینک درجہ حرارت (-170 ° C سے نیچے) حاصل کرنے کے لیے، کمپریسڈ ہوا کے ایک حصے کو ٹربو ایکسپینڈر کے ذریعے روٹ کیا جاتا ہے۔ چونکہ ہائی پریشر گیس ٹربائن کے ذریعے تیزی سے پھیلتی ہے، یہ مکینیکل کام کرتی ہے، جس سے گیس کے درجہ حرارت میں زبردست کمی واقع ہوتی ہے۔ جب تک ہوا ہیٹ ایکسچینجر اور ایکسپینڈر سے باہر نکلتی ہے، یہ ناقابل یقین حد تک سرد بخارات اور مائع ہوا کا مرکب ہوتا ہے، جو الگ ہونے کے لیے تیار ہوتا ہے۔

مرحلہ 4: پرائمری فریکشنل ڈسٹلیشن (HP اور LP کالم)

لیکویفیکشن کے عمل کا مرکز ڈبل کالم ڈسٹلیشن سسٹم ہے، جس میں کم پریشر (LP) کالم کے نیچے بیٹھا ہوا ہائی پریشر (HP) کالم ہوتا ہے۔

1. ہائی پریشر کالم: ذیلی ٹھنڈا مائع/بخار ہوا کا مرکب HP کالم کے نچلے حصے میں داخل ہوتا ہے۔ جیسے ہی مائع نیچے کی طرف گرتا ہے اور سوراخ شدہ چھلنی ٹرے کے ذریعے بخارات اٹھتے ہیں، پہلی علیحدگی ہوتی ہے۔ نائٹروجن، سب سے کم ابلتے نقطہ کے ساتھ، ایک گیس کے طور پر اوپر کی طرف بڑھتا ہے۔ نچلے حصے میں آکسیجن سے بھرپور مائع (زیادہ تر آرگن پر مشتمل) تالاب۔
2. کم پریشر کالم: HP کالم کے نیچے سے آکسیجن سے بھرپور مائع کو اس کے اوپر والے LP کالم میں گلا گھونٹ دیا جاتا ہے۔ کم دباؤ کی وجہ سے، مزید علیحدگی ہوتی ہے۔ ایل پی کالم کے بالکل نیچے خالص مائع آکسیجن پول، جبکہ خالص نائٹروجن گیس اوپر سے باہر نکلتی ہے۔

مرحلہ 5: آرگن سائیڈ آرم کالم

چونکہ آرگن کا ابلتا نقطہ آکسیجن اور نائٹروجن کے درمیان بیٹھتا ہے، اس لیے یہ کم دباؤ والے کالم کے نچلے درمیانی حصے میں مرتکز ہوتا ہے۔ اپنے عروج پر، کالم کے اس مخصوص "پیٹ" میں گیس کا مرکب تقریباً 10% سے 12% argon ہوتا ہے، باقی آکسیجن اور نائٹروجن کا ایک چھوٹا سا نشان ہوتا ہے۔

اسے نکالنے کے لیے، انجینئر اس مخصوص حصے میں ٹیپ کرتے ہیں اور مرکب کو ایک الگ، منسلک ڈھانچے میں کھینچتے ہیں جسے آرگن سائیڈ آرم کالم.
اس ناقابل یقین حد تک لمبے کالم کے اندر (اکثر 150 سے زیادہ نظریاتی ٹرے ہوتے ہیں)، ایک ثانوی کشید ہوتی ہے۔ چونکہ آرگون آکسیجن کے مقابلے میں قدرے زیادہ اتار چڑھاؤ والا (آسان ابلتا ہے) ہے، اس لیے آرگون بخارات سائیڈ کالم کے اوپری حصے تک بڑھتا ہے، جب کہ بھاری مائع آکسیجن نیچے گرتی ہے اور مرکزی ایل پی کالم میں واپس آ جاتی ہے۔

سائیڈ آرم کالم کے اوپر سے جو نکلتا ہے اسے "کروڈ آرگن" کہا جاتا ہے۔ اس مرحلے پر، یہ کامیابی سے مائع ہے لیکن صرف 98 فیصد خالص ہے۔ اس میں اب بھی تقریباً 2% آکسیجن اور نائٹروجن کی مقدار پائی جاتی ہے، جسے صنعتی استعمال کے لیے ہٹانا ضروری ہے۔

4. پیوریفیکیشن: کروڈ کو ہائی پیوریٹی مائع آرگن میں اپ گریڈ کرنا

جدید ایپلی کیشنز کے لیے، خاص طور پر سیمی کنڈکٹر اور ایرو اسپیس صنعتوں میں، آرگن کو "فائیو نائنز" خالص (99.999%) ہونا چاہیے۔ خام آرگن کو سختی سے صاف کرنا ضروری ہے۔

"Deoxo" کیٹلیٹک عمل

بقیہ 2% آکسیجن کو ہٹانے کے لیے، خام آرگن کو ایک اتپریرک ری ایکٹر کی طرف روانہ کیا جاتا ہے جسے Deoxo یونٹ کہا جاتا ہے۔ اندر، انتہائی خالص ہائیڈروجن گیس مائع ندی میں داخل کی جاتی ہے۔
پیلیڈیم یا پلاٹینم کیٹیلیسٹ کی موجودگی میں، ہائیڈروجن کیمیاوی طور پر آکسیجن کے مالیکیولز کے ساتھ رد عمل ظاہر کر کے پانی بناتا ہے (2H₂ + O₂ → 2H₂اے)۔ یہ ردعمل تھوڑی مقدار میں حرارت جاری کرتا ہے، لمحہ بہ لمحہ ارگون کو گیس میں تبدیل کر دیتا ہے۔

حتمی خشک اور کشید

اس کے بعد گیس کو ایک ثانوی سالماتی چھلنی سے گزر کر نئے بننے والے پانی کے مالیکیولز کو نکال دیا جاتا ہے۔ آخر میں، خشک، آکسیجن فری آرگن گیس ایک آخری ڈسٹلیشن کالم یعنی خالص آرگن کالم میں کھلایا جاتا ہے۔

یہاں، آرگن کو ایک بار پھر ٹھنڈا کیا جاتا ہے جب تک کہ یہ دوبارہ مائع حالت میں گاڑھا نہ ہو جائے۔ کوئی بھی بقایا ٹریس نائٹروجن، جو مائع آرگن درجہ حرارت پر گیس بنا ہوا ہے، کالم کے اوپری حصے سے نکالا جاتا ہے۔ نچلے حصے میں نتیجے میں پروڈکٹ پولنگ انتہائی صاف، الٹرا کولڈ مائع آرگن (LAR) ہے، جو تجارتی تقسیم کے لیے تیار ہے۔

5. مائع آرگن کا ذخیرہ اور نقل و حمل

ایک بار جب اس سوال کا جواب ملتا ہے کہ آرگن گیس کیسے مائع ہوتی ہے، اگلا چیلنج اسے اسی حالت میں رکھنا ہے۔ -185.8°C پر، محیطی حرارت کی کسی بھی نمائش سے مائع پرتشدد طریقے سے دوبارہ گیس میں ابلنے کا سبب بنے گا — ایک ایسا رجحان جسے بوائل آف گیس (BOG) کہا جاتا ہے۔

اس کا مقابلہ کرنے کے لیے، مائع آرگن کو انتہائی مخصوص، ویکیوم انسولڈ کرائیوجینک اسٹوریج ٹینکوں میں پمپ کیا جاتا ہے۔ یہ ٹینک تھرموس فلاسک کی طرح کام کرتے ہیں۔ ان میں سٹینلیس سٹیل سے بنا ایک اندرونی برتن (جو کرائیوجینک درجہ حرارت پر ٹوٹنے والا نہیں ہوتا) اور کاربن سٹیل سے بنا ایک بیرونی برتن ہوتا ہے۔ دونوں برتنوں کے درمیان کی جگہ ایک موصلی پاؤڈر (جیسے پرلائٹ) سے بھری ہوئی ہے اور اسے قریب قریب پرفیکٹ ویکیوم میں پمپ کر دیا جاتا ہے تاکہ محرک اور ترسیلی حرارت کی منتقلی کو ختم کیا جا سکے۔

آخری صارفین تک پہنچانے پر، LAR کو خصوصی کرائیوجینک ٹینکر ٹرکوں میں لے جایا جاتا ہے۔ مینوفیکچرنگ پلانٹ یا ہسپتال پہنچنے پر، اسے سائٹ پر ایک سٹیشنری ویکیوم جیکٹ والے برتن میں منتقل کر دیا جاتا ہے۔ جب گاہک کو اپنے عمل کے لیے گیسی آرگن کی ضرورت ہوتی ہے، تو مائع کو آسانی سے ایک محیطی ہوا کے بخارات کے ذریعے روٹ کیا جاتا ہے—فائنڈ ایلومینیم ٹیوبوں کی ایک سیریز جو ارد گرد کی ہوا سے گرمی جذب کرتی ہے، محفوظ طریقے سے مائع کو واپس ہائی پریشر گیس میں گرم کرتی ہے۔

6. نتیجہ

غیر مرئی، محیطی ہوا کا ایک انتہائی خالص، ذیلی صفر مائع میں تبدیل ہونا جدید کیمیکل انجینئرنگ اور تھرموڈینامکس کا کمال ہے۔ ہائی پریشر کمپریشن، مالیکیولر فلٹریشن، جول-تھامسن کی توسیع، اور انتہائی حساس فرکشنل ڈسٹلیشن کے سخت مراحل کے ذریعے، صنعتیں مؤثر طریقے سے آرگن کی کٹائی کر سکتی ہیں جو ہمارے سیارے کو خالی کر دیتا ہے۔

تفہیم آرگن گیس مائع عالمی سپلائی چینز کو بہتر بنانے کے لیے ضروری ہے۔ جیسے جیسے ٹیکنالوجیز آگے بڑھ رہی ہیں—خاص طور پر الیکٹرانکس مینوفیکچرنگ، تھری ڈی میٹل پرنٹنگ، اور ایرو اسپیس انجینئرنگ میں—انتہائی خالص، مؤثر طریقے سے نقل و حمل کے مائع آرگن پر انحصار صرف بڑھتا ہی جائے گا، جس سے کرائیوجینک ہوا کی علیحدگی جدید دنیا میں سب سے اہم، پھر بھی کم قابل تعریف، صنعتی عمل میں سے ایک بنتی ہے۔

7. اکثر پوچھے گئے سوالات

Q1: آرگن کس درجہ حرارت پر مائع بنتا ہے؟

کے ابلتے ہوئے نقطہ پر آرگن گیس سے مائع میں منتقل ہوتا ہے۔ -185.8°C (-302.4°F) معیاری ماحولیاتی دباؤ پر۔ اسے ذخیرہ کرنے اور نقل و حمل کے لیے مائع حالت میں برقرار رکھنے کے لیے، اسے اس کرائیوجینک درجہ حرارت پر یا اس سے نیچے رکھا جانا چاہیے تاکہ اسے تیزی سے ابلنے اور پھیلنے سے روکنے کے لیے خصوصی ویکیوم انسولیٹڈ برتنوں کا استعمال کیا جائے۔

Q2: آرگن کو گیس کی بجائے مائع کے طور پر کیوں منتقل کیا جاتا ہے؟

بنیادی وجہ حجم کی کارکردگی ہے۔ جب آرگن کو مائع میں ٹھنڈا کیا جاتا ہے، تو یہ 1 سے 840 کے تناسب سے گاڑھا ہوتا ہے۔ اس کا مطلب ہے کہ ایک لیٹر مائع آرگن میں 840 لیٹر آرگن گیس کے برابر ہوتا ہے۔ مائع کے طور پر اس کی نقل و حمل سپلائرز کو ایک ہی ٹرک لوڈ میں بڑے پیمانے پر، بڑی مقدار میں ڈیلیور کرنے کی اجازت دیتی ہے، جو کہ بھاری، ہائی پریشر گیس سلنڈروں کی نقل و حمل کے مقابلے میں بہت زیادہ سرمایہ کاری مؤثر اور منطقی طور پر عملی ہے۔

Q3: کیا مائع آرگن کو سنبھالنا خطرناک ہے؟

جی ہاں، مائع آرگن بنیادی طور پر اس کی شدید سردی اور اس کی نوعیت ایک دم گھٹنے والے کی وجہ سے اہم صنعتی خطرات پیش کرتا ہے۔ مائع آرگن یا غیر موصل کرائیوجینک پائپنگ کے ساتھ جلد کا رابطہ شدید فراسٹ بائٹ یا کرائیوجینک فوری طور پر جلنے کا سبب بن سکتا ہے۔ مزید برآں، چونکہ یہ گرم ہونے کے ساتھ تیزی سے پھیلتا ہے (اس کے حجم میں 840 گنا)، ایک بند جگہ میں مائع آرگن کا ایک معمولی رساؤ محیطی آکسیجن کو تیزی سے بے گھر کر سکتا ہے، جس سے قریبی اہلکاروں کے لیے بغیر کسی وارننگ کے دم گھٹنے کا زیادہ خطرہ ہوتا ہے، کیونکہ گیس بے رنگ اور بو کے بغیر ہے۔ مناسب وینٹیلیشن اور ذاتی حفاظتی سامان (PPE) کی سختی سے ضرورت ہے۔