हांग्जो नुझुओ प्रौद्योगिकी समूह कं, लिमिटेड।

क्रायोजेनिक वायु पृथक्करण तकनीक आधुनिक उद्योग में उच्च-शुद्धता वाले नाइट्रोजन और ऑक्सीजन के उत्पादन के लिए महत्वपूर्ण विधियों में से एक है। इस तकनीक का व्यापक रूप से धातुकर्म, रसायन अभियांत्रिकी और चिकित्सा जैसे विभिन्न उद्योगों में उपयोग किया जाता है। यह लेख क्रायोजेनिक वायु पृथक्करण द्वारा उच्च-शुद्धता वाले नाइट्रोजन और ऑक्सीजन के उत्पादन के तरीके, साथ ही इस प्रक्रिया में शामिल प्रमुख चरणों और उपकरणों का गहन अध्ययन करेगा।

1. क्रायोजेनिक वायु पृथक्करण का मूल सिद्धांत

क्रायोजेनिक वायु पृथक्करण एक ऐसी प्रक्रिया है जिसमें तापमान कम करके वायु के मुख्य घटकों को अलग किया जाता है। वायु में मुख्यतः नाइट्रोजन, ऑक्सीजन और थोड़ी मात्रा में आर्गन होता है। वायु को अत्यंत कम तापमान पर संपीड़ित और ठंडा करके, वायु को द्रवीभूत किया जाता है, और फिर प्रत्येक गैस के अलग-अलग क्वथनांकों का उपयोग आसवन के लिए नाइट्रोजन और ऑक्सीजन को अलग करने के लिए किया जाता है। नाइट्रोजन का क्वथनांक -195.8°C और ऑक्सीजन का -183°C होता है, इसलिए इन्हें चरणबद्ध आसवन द्वारा अलग-अलग शुद्ध किया जा सकता है।

2. पूर्व-उपचार चरण: वायु शुद्धिकरण

क्रायोजेनिक वायु पृथक्करण प्रक्रिया में, वायु पूर्व-उपचार एक महत्वपूर्ण पहला चरण है। वायु में धूल, कार्बन डाइऑक्साइड और नमी जैसी अशुद्धियाँ होती हैं, जो कम तापमान वाले वातावरण में जम जाती हैं और उपकरणों में रुकावट पैदा करती हैं। इसलिए, अशुद्धियों और नमी को दूर करने के लिए वायु को पहले निस्पंदन, संपीडन और सुखाने की प्रक्रिया से गुज़ारा जाता है। आमतौर पर, ड्रायर और आणविक छलनी अधिशोषक वायु से अशुद्धियों को दूर करने के लिए उपयोग किए जाने वाले महत्वपूर्ण उपकरण होते हैं, जो बाद की क्रायोजेनिक पृथक्करण प्रक्रिया की स्थिरता और दक्षता सुनिश्चित करते हैं।

3. वायु संपीड़न और शीतलन

शुद्ध हवा को संपीड़ित करने की आवश्यकता होती है, आमतौर पर कई कंप्रेसरों के माध्यम से, जिससे हवा का दबाव 5-6 मेगापास्कल तक बढ़ जाता है। फिर संपीड़ित हवा को कम तापमान पर वापस लौटी गैस के साथ हीट एक्सचेंजर्स के माध्यम से ठंडा किया जाता है, धीरे-धीरे तापमान को कम करके द्रवीकरण बिंदु तक पहुँचाया जाता है। इस प्रक्रिया में, हीट एक्सचेंजर्स एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं, क्योंकि वे ऊर्जा की खपत को प्रभावी ढंग से कम कर सकते हैं और शीतलन दक्षता में सुधार कर सकते हैं, यह सुनिश्चित करते हुए कि हवा को कम तापमान की परिस्थितियों में द्रवीकृत किया जा सकता है, जिससे बाद में आसवन पृथक्करण के लिए परिस्थितियाँ बनती हैं।

4. वायु द्रवीकरण और आसवन

क्रायोजेनिक पृथक्करण टावर में, संपीड़ित और ठंडी हवा को द्रवीभूत अवस्था में और ठंडा किया जाता है। द्रवीभूत हवा को पृथक्करण के लिए आसवन टावर में भेजा जाता है। आसवन टावर दो भागों में विभाजित होता है: उच्च दाब टावर और निम्न दाब टावर। उच्च दाब टावर में, हवा को अपरिष्कृत ऑक्सीजन और अपरिष्कृत नाइट्रोजन में पृथक किया जाता है, और फिर अपरिष्कृत ऑक्सीजन और अपरिष्कृत नाइट्रोजन को निम्न दाब टावर में आसुत किया जाता है जिससे उच्च शुद्धता वाली ऑक्सीजन और नाइट्रोजन प्राप्त होती है। नाइट्रोजन और ऑक्सीजन का पृथक्करण मुख्य रूप से उनके क्वथनांक के विभिन्न भौतिक गुणों का उपयोग करके किया जाता है, इसलिए आसवन टावर में कुशल पृथक्करण प्राप्त किया जा सकता है।

5. शुद्धिकरण प्रक्रिया

आसवन टावर में पृथक किए गए ऑक्सीजन और नाइट्रोजन में अभी भी थोड़ी मात्रा में अशुद्धियाँ होती हैं, इसलिए औद्योगिक और चिकित्सा मानकों को पूरा करने के लिए उन्हें और शुद्ध करने की आवश्यकता होती है। नाइट्रोजन की शुद्धता हाइड्रोजन विऑक्सीजनीकरण उत्प्रेरकों के माध्यम से सुधारी जा सकती है, जबकि ऑक्सीजन की शुद्धता पुनः आसवन प्रक्रियाओं के माध्यम से प्राप्त की जा सकती है। उत्पाद गैस की शुद्धता में सुधार के लिए, आमतौर पर नाइट्रोजन शोधक और ऑक्सीजन शोधक जैसे उपकरणों का उपयोग किया जाता है, जिससे अंततः उच्च-शुद्धता वाले ऑक्सीजन और नाइट्रोजन उत्पाद प्राप्त होते हैं।

6. नाइट्रोजन और ऑक्सीजन के अनुप्रयोग

क्रायोजेनिक वायु पृथक्करण तकनीक द्वारा उत्पादित उच्च-शुद्धता वाले नाइट्रोजन और ऑक्सीजन का व्यापक रूप से विभिन्न उद्योगों में उपयोग किया जाता है। उच्च-शुद्धता वाले नाइट्रोजन का उपयोग रासायनिक उद्योग में सुरक्षात्मक गैस और वाहक गैस के रूप में, खाद्य उद्योग में परिरक्षण और पैकेजिंग के लिए, और ऑक्सीजन का व्यापक रूप से चिकित्सा और वेल्डिंग उद्योगों में उपयोग किया जाता है। धातुकर्म उद्योग में, ऑक्सीजन का उपयोग दहन दक्षता में सुधार और कार्बन उत्सर्जन को कम करने के लिए भी किया जाता है। इन अनुप्रयोगों में, गैस की शुद्धता इसकी प्रयोज्यता निर्धारित करने की कुंजी है, और क्रायोजेनिक वायु पृथक्करण तकनीक ने अपने कुशल पृथक्करण और उच्च-शुद्धता आउटपुट के लिए व्यापक मान्यता प्राप्त की है।

7. क्रायोजेनिक वायु पृथक्करण प्रौद्योगिकी के लाभ और चुनौतियाँ

क्रायोजेनिक वायु पृथक्करण तकनीक अपनी उच्च शुद्धता और उच्च दक्षता के कारण औद्योगिक क्षेत्र में लोकप्रिय है। हालाँकि, इस तकनीक को कुछ चुनौतियों का भी सामना करना पड़ता है, जैसे कि उच्च ऊर्जा खपत और उपकरणों के रखरखाव की उच्च लागत। ऊर्जा खपत को कम करने के लिए, आधुनिक क्रायोजेनिक वायु पृथक्करण उपकरण आमतौर पर उन्नत ऊर्जा-बचत प्रणालियों, जैसे ऊष्मा पुनर्प्राप्ति उपकरणों और बहु-चरण संपीड़न शीतलन प्रणालियों के साथ आते हैं। इसके अलावा, स्वचालन नियंत्रण प्रौद्योगिकी के अनुप्रयोग ने गहन क्रायोजेनिक वायु पृथक्करण इकाइयों की परिचालन दक्षता और सुरक्षा में उल्लेखनीय वृद्धि की है। तकनीकी अनुकूलन और उपकरणों में सुधार के माध्यम से, गहन क्रायोजेनिक वायु पृथक्करण प्रणालियों की ऊर्जा दक्षता और स्थिरता में निरंतर सुधार हुआ है, जिससे विभिन्न उद्योगों में उनके अनुप्रयोग को और बढ़ावा मिला है।

गहन क्रायोजेनिक वायु पृथक्करण वर्तमान में उच्च-शुद्धता वाले नाइट्रोजन और ऑक्सीजन के उत्पादन के लिए सबसे प्रभावी तरीकों में से एक है। यह वायु पूर्व-उपचार, संपीडन, शीतलन, द्रवीकरण और आसवन जैसे कई चरणों के माध्यम से वायु से ऑक्सीजन और नाइट्रोजन को प्रभावी ढंग से पृथक और शुद्ध करता है। यद्यपि गहन क्रायोजेनिक वायु पृथक्करण प्रक्रिया में उच्च ऊर्जा खपत और जटिल उपकरण होते हैं, फिर भी इसका कुशल पृथक्करण प्रभाव और उच्च-शुद्धता वाला उत्पाद उत्पादन इस तकनीक को कई उद्योगों में अपरिहार्य बनाता है।

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