हांग्जो नुझुओ प्रौद्योगिकी समूह कं, लिमिटेड।

गहन क्रायोजेनिक वायु पृथक्करण तकनीक एक ऐसी विधि है जो निम्न तापमान के माध्यम से वायु में उपस्थित मुख्य घटकों (नाइट्रोजन, ऑक्सीजन और आर्गन) को पृथक करती है। इसका व्यापक रूप से इस्पात, रसायन, दवा और इलेक्ट्रॉनिक्स जैसे उद्योगों में उपयोग किया जाता है। गैसों की बढ़ती माँग के साथ, गहन क्रायोजेनिक वायु पृथक्करण तकनीक का अनुप्रयोग भी व्यापक होता जा रहा है। यह लेख गहन क्रायोजेनिक वायु पृथक्करण की उत्पादन प्रक्रिया, इसके कार्य सिद्धांत, मुख्य उपकरण, संचालन चरणों और विभिन्न उद्योगों में इसके अनुप्रयोग पर गहन चर्चा करेगा।

क्रायोजेनिक वायु पृथक्करण प्रौद्योगिकी का अवलोकन

क्रायोजेनिक वायु पृथक्करण का मूल सिद्धांत वायु को अत्यंत निम्न तापमान (सामान्यतः -150°C से नीचे) तक ठंडा करना है, ताकि वायु में उपस्थित घटकों को उनके विभिन्न क्वथनांकों के अनुसार पृथक किया जा सके। आमतौर पर, क्रायोजेनिक वायु पृथक्करण इकाई कच्चे माल के रूप में वायु का उपयोग करती है और संपीड़न, शीतलन और प्रसार जैसी प्रक्रियाओं से गुजरते हुए अंततः वायु से नाइट्रोजन, ऑक्सीजन और आर्गन को पृथक करती है। यह तकनीक उच्च-शुद्धता वाली गैसें उत्पन्न कर सकती है और प्रक्रिया मापदंडों को सटीक रूप से विनियमित करके, विभिन्न औद्योगिक क्षेत्रों में गैस गुणवत्ता की सख्त आवश्यकताओं को पूरा करती है।

क्रायोजेनिक वायु पृथक्करण इकाई तीन मुख्य भागों में विभाजित है: वायु संपीड़क, वायु प्री-कूलर और कोल्ड बॉक्स। वायु संपीड़क का उपयोग वायु को उच्च दाब (आमतौर पर 5-6 एमपीए) तक संपीड़ित करने के लिए किया जाता है, प्री-कूलर शीतलन के माध्यम से वायु के तापमान को कम करता है, और कोल्ड बॉक्स संपूर्ण क्रायोजेनिक वायु पृथक्करण प्रक्रिया का मुख्य भाग है, जिसमें गैस पृथक्करण के लिए उपयोग किया जाने वाला फ्रैक्शनेशन टॉवर भी शामिल है।

वायु संपीड़न और शीतलन

वायु संपीडन क्रायोजेनिक वायु पृथक्करण का पहला चरण है, जिसका मुख्य उद्देश्य वायुमंडलीय दाब पर वायु को उच्च दाब (आमतौर पर 5-6 एमपीए) तक संपीड़ित करना है। कंप्रेसर के माध्यम से वायु के सिस्टम में प्रवेश करने के बाद, संपीड़न प्रक्रिया के कारण इसका तापमान काफी बढ़ जाएगा। इसलिए, संपीड़ित वायु के तापमान को कम करने के लिए शीतलन चरणों की एक श्रृंखला को पूरा करना आवश्यक है। सामान्य शीतलन विधियों में जल शीतलन और वायु शीतलन शामिल हैं, और एक अच्छा शीतलन प्रभाव यह सुनिश्चित कर सकता है कि संपीड़ित वायु बाद के प्रसंस्करण के दौरान उपकरणों पर अनावश्यक बोझ न डाले।

हवा के प्रारंभिक रूप से ठंडा होने के बाद, यह पूर्व-शीतलन के अगले चरण में प्रवेश करती है। पूर्व-शीतलन चरण में आमतौर पर शीतलन माध्यम के रूप में नाइट्रोजन या द्रव नाइट्रोजन का उपयोग किया जाता है, और ऊष्मा विनिमय उपकरणों के माध्यम से, संपीड़ित हवा के तापमान को और कम किया जाता है, जिससे आगामी क्रायोजेनिक प्रक्रिया की तैयारी होती है। पूर्व-शीतलन के माध्यम से, हवा के तापमान को द्रवीकरण तापमान के करीब तक कम किया जा सकता है, जिससे हवा में घटकों के पृथक्करण के लिए आवश्यक परिस्थितियाँ बनती हैं।

निम्न-तापमान विस्तार और गैस पृथक्करण

हवा को संपीड़ित और पूर्व-शीतित करने के बाद, अगला महत्वपूर्ण चरण निम्न-तापमान प्रसार और गैस पृथक्करण है। निम्न-तापमान प्रसार संपीड़ित हवा को एक विस्तार वाल्व के माध्यम से सामान्य दाब तक तेज़ी से फैलाकर प्राप्त किया जाता है। प्रसार प्रक्रिया के दौरान, हवा का तापमान काफी कम हो जाएगा और द्रवीकरण तापमान तक पहुँच जाएगा। हवा में मौजूद नाइट्रोजन और ऑक्सीजन अपने क्वथनांक अंतर के कारण अलग-अलग तापमानों पर द्रवीभूत होने लगेंगे।

क्रायोजेनिक वायु पृथक्करण उपकरण में, द्रवीकृत वायु कोल्ड बॉक्स में प्रवेश करती है, जहाँ फ्रैक्शनेशन टावर गैस पृथक्करण का मुख्य भाग है। फ्रैक्शनेशन टावर का मुख्य सिद्धांत कोल्ड बॉक्स में गैस के ऊपर उठने और नीचे गिरने के माध्यम से, हवा में विभिन्न घटकों के क्वथनांक अंतर का उपयोग करके गैस पृथक्करण प्राप्त करना है। नाइट्रोजन का क्वथनांक -195.8°C, ऑक्सीजन का -183°C और आर्गन का -185.7°C है। टावर में तापमान और दबाव को समायोजित करके, कुशल गैस पृथक्करण प्राप्त किया जा सकता है।

फ्रैक्शनेशन टावर में गैस पृथक्करण प्रक्रिया अत्यंत सटीक होती है। आमतौर पर, नाइट्रोजन, ऑक्सीजन और आर्गन निकालने के लिए दो-चरणीय फ्रैक्शनेशन टावर प्रणाली का उपयोग किया जाता है। सबसे पहले, फ्रैक्शनेशन टावर के ऊपरी भाग में नाइट्रोजन को अलग किया जाता है, जबकि निचले भाग में द्रव ऑक्सीजन और आर्गन को सांद्रित किया जाता है। पृथक्करण दक्षता में सुधार के लिए, टावर में एक कूलर और पुनर्वाष्पक जोड़ा जा सकता है, जो गैस पृथक्करण प्रक्रिया को और अधिक सटीक रूप से नियंत्रित कर सकता है।

निकाली गई नाइट्रोजन आमतौर पर उच्च शुद्धता (99.99% से अधिक) की होती है, जिसका व्यापक रूप से धातुकर्म, रसायन उद्योग और इलेक्ट्रॉनिक्स में उपयोग किया जाता है। ऑक्सीजन का उपयोग चिकित्सा, इस्पात उद्योग और अन्य उच्च ऊर्जा खपत वाले उद्योगों में किया जाता है जहाँ ऑक्सीजन की आवश्यकता होती है। आर्गन, एक दुर्लभ गैस है, जिसे आमतौर पर गैस पृथक्करण प्रक्रिया द्वारा उच्च शुद्धता के साथ निकाला जाता है और वेल्डिंग, प्रगलन, लेज़र कटिंग और अन्य उच्च-तकनीकी क्षेत्रों में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। स्वचालित नियंत्रण प्रणाली विभिन्न प्रक्रिया मापदंडों को वास्तविक आवश्यकताओं के अनुसार समायोजित कर सकती है, उत्पादन दक्षता को अनुकूलित कर सकती है और ऊर्जा खपत को कम कर सकती है।

इसके अलावा, गहन क्रायोजेनिक वायु पृथक्करण प्रणाली के अनुकूलन में ऊर्जा-बचत और उत्सर्जन नियंत्रण तकनीकें भी शामिल हैं। उदाहरण के लिए, प्रणाली में निम्न-तापमान ऊर्जा की पुनर्प्राप्ति करके, ऊर्जा अपव्यय को कम किया जा सकता है और समग्र ऊर्जा उपयोग दक्षता में सुधार किया जा सकता है। इसके अलावा, पर्यावरणीय नियमों के लगातार सख्त होने के साथ, आधुनिक गहन क्रायोजेनिक वायु पृथक्करण उपकरण हानिकारक गैस उत्सर्जन को कम करने और उत्पादन प्रक्रिया की पर्यावरण-अनुकूलता को बढ़ाने पर भी अधिक ध्यान दे रहे हैं।

गहन क्रायोजेनिक वायु पृथक्करण के अनुप्रयोग

गहन क्रायोजेनिक वायु पृथक्करण तकनीक का न केवल औद्योगिक गैसों के उत्पादन में महत्वपूर्ण अनुप्रयोग है, बल्कि यह कई क्षेत्रों में भी महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है। इस्पात, उर्वरक और पेट्रोकेमिकल उद्योगों में, गहन क्रायोजेनिक वायु पृथक्करण तकनीक का उपयोग ऑक्सीजन और नाइट्रोजन जैसी उच्च-शुद्धता वाली गैसें प्रदान करने के लिए किया जाता है, जिससे कुशल उत्पादन प्रक्रियाएँ सुनिश्चित होती हैं। इलेक्ट्रॉनिक्स उद्योग में, गहन क्रायोजेनिक वायु पृथक्करण द्वारा प्रदान की गई नाइट्रोजन का उपयोग अर्धचालक निर्माण में वातावरण नियंत्रण के लिए किया जाता है। चिकित्सा उद्योग में, उच्च-शुद्धता वाली ऑक्सीजन रोगियों के श्वसन समर्थन के लिए अत्यंत महत्वपूर्ण है।

इसके अलावा, डीप क्रायोजेनिक वायु पृथक्करण तकनीक तरल ऑक्सीजन और तरल नाइट्रोजन के भंडारण और परिवहन में भी महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है। ऐसी स्थितियों में जहाँ उच्च दाब वाली गैसों का परिवहन संभव नहीं है, तरल ऑक्सीजन और तरल नाइट्रोजन प्रभावी रूप से आयतन और परिवहन लागत को कम कर सकते हैं।

निष्कर्ष

अपनी कुशल और सटीक गैस पृथक्करण क्षमताओं के साथ, गहन क्रायोजेनिक वायु पृथक्करण तकनीक का विभिन्न औद्योगिक क्षेत्रों में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। प्रौद्योगिकी की प्रगति के साथ, गहन क्रायोजेनिक वायु पृथक्करण प्रक्रिया अधिक बुद्धिमान और ऊर्जा-कुशल बन जाएगी, साथ ही गैस पृथक्करण की शुद्धता और उत्पादन क्षमता में भी वृद्धि होगी। भविष्य में, पर्यावरण संरक्षण और संसाधन पुनर्प्राप्ति के संदर्भ में गहन क्रायोजेनिक वायु पृथक्करण तकनीक का नवाचार भी उद्योग विकास की एक प्रमुख दिशा बन जाएगा।

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