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डीप क्रायोजेनिक एयर सेपरेशन तकनीक एक ऐसी विधि है जो कम तापमान के माध्यम से हवा में मौजूद मुख्य घटकों (नाइट्रोजन, ऑक्सीजन और आर्गन) को अलग करती है। इसका व्यापक उपयोग इस्पात, रसायन, दवा और इलेक्ट्रॉनिक्स जैसे उद्योगों में होता है। गैसों की बढ़ती मांग के साथ, डीप क्रायोजेनिक एयर सेपरेशन तकनीक का अनुप्रयोग भी तेजी से बढ़ रहा है। यह लेख डीप क्रायोजेनिक एयर सेपरेशन की उत्पादन प्रक्रिया पर विस्तार से चर्चा करेगा, जिसमें इसके कार्य सिद्धांत, मुख्य उपकरण, संचालन चरण और विभिन्न उद्योगों में इसके अनुप्रयोग शामिल हैं।

क्रायोजेनिक वायु पृथक्करण प्रौद्योगिकी का अवलोकन

क्रायोजेनिक वायु पृथक्करण का मूल सिद्धांत वायु को अत्यंत कम तापमान (सामान्यतः -150°C से नीचे) तक ठंडा करना है, ताकि वायु में मौजूद घटकों को उनके अलग-अलग क्वथनांकों के आधार पर अलग किया जा सके। आमतौर पर, क्रायोजेनिक वायु पृथक्करण इकाई वायु को कच्चे माल के रूप में उपयोग करती है और संपीड़न, शीतलन और विस्तार जैसी प्रक्रियाओं से गुजरती है, जिससे अंततः नाइट्रोजन, ऑक्सीजन और आर्गन को वायु से अलग किया जाता है। यह तकनीक उच्च शुद्धता वाली गैसों का उत्पादन कर सकती है और प्रक्रिया मापदंडों को सटीक रूप से नियंत्रित करके विभिन्न औद्योगिक क्षेत्रों में गैस की गुणवत्ता की सख्त आवश्यकताओं को पूरा कर सकती है।

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

वायु संपीड़न और शीतलन

क्रायोजेनिक वायु पृथक्करण में वायु संपीड़न 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 सिस्टम में प्रवेश करने के बाद, संपीड़न प्रक्रिया के कारण वायु का तापमान काफी बढ़ जाता है। इसलिए, संपीड़ित वायु के तापमान को कम करने के लिए शीतलन के कई चरण आवश्यक हैं। सामान्य शीतलन विधियों में जल शीतलन और वायु शीतलन शामिल हैं, और एक अच्छा शीतलन प्रभाव यह सुनिश्चित करता है कि संपीड़ित वायु बाद की प्रक्रियाओं के दौरान उपकरणों पर अनावश्यक भार न डाले।

प्रारंभिक शीतलन के बाद, वायु अगले पूर्व-शीतलन चरण में प्रवेश करती है। पूर्व-शीतलन चरण में आमतौर पर नाइट्रोजन या तरल नाइट्रोजन का उपयोग शीतलन माध्यम के रूप में किया जाता है, और ऊष्मा विनिमय उपकरण के माध्यम से संपीड़ित वायु का तापमान और कम किया जाता है, जिससे यह आगामी क्रायोजेनिक प्रक्रिया के लिए तैयार हो जाती है। पूर्व-शीतलन के माध्यम से, वायु का तापमान द्रवीकरण तापमान के लगभग बराबर किया जा सकता है, जिससे वायु में मौजूद घटकों के पृथक्करण के लिए आवश्यक परिस्थितियाँ प्राप्त होती हैं।

कम तापमान पर विस्तार और गैस पृथक्करण

हवा को संपीड़ित और पूर्व-शीतलित करने के बाद, अगला महत्वपूर्ण चरण निम्न-तापमान विस्तार और गैस पृथक्करण है। निम्न-तापमान विस्तार संपीड़ित हवा को एक विस्तार वाल्व के माध्यम से सामान्य दबाव तक तेजी से विस्तारित करके प्राप्त किया जाता है। विस्तार प्रक्रिया के दौरान, हवा का तापमान काफी गिर जाता है, जिससे यह द्रवीकरण तापमान तक पहुँच जाता है। हवा में मौजूद नाइट्रोजन और ऑक्सीजन अपने क्वथनांक में अंतर के कारण अलग-अलग तापमान पर द्रवीकृत होना शुरू हो जाते हैं।

क्रायोजेनिक वायु पृथक्करण उपकरण में, द्रवीकृत वायु कोल्ड बॉक्स में प्रवेश करती है, जहाँ गैस पृथक्करण के लिए अंशशोधन टावर मुख्य भाग होता है। अंशशोधन टावर का मूल सिद्धांत कोल्ड बॉक्स में गैस के ऊपर उठने और गिरने के माध्यम से वायु के विभिन्न घटकों के क्वथनांक अंतर का उपयोग करके गैस पृथक्करण 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 को 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 तरल ऑक्सीजन और आर्गन को सांद्रित किया जाता है। पृथक्करण दक्षता में सुधार के लिए, टावर में कूलर और री-इवैपोरेटर जोड़े जा सकते हैं, जिससे गैस पृथक्करण प्रक्रिया को और भी अधिक सटीक रूप से नियंत्रित किया जा सकता है।

निकाला गया नाइट्रोजन आमतौर पर उच्च शुद्धता (99.99% से अधिक) का होता है और इसका व्यापक उपयोग धातु विज्ञान, रसायन उद्योग और इलेक्ट्रॉनिक्स में होता है। ऑक्सीजन का उपयोग चिकित्सा, इस्पात उद्योग और अन्य उच्च ऊर्जा खपत वाले उद्योगों में होता है जहाँ ऑक्सीजन की आवश्यकता होती है। आर्गन, एक दुर्लभ गैस होने के कारण, आमतौर पर गैस पृथक्करण प्रक्रिया द्वारा निकाला जाता है, जो उच्च शुद्धता का होता है और वेल्डिंग, गलाने और लेजर कटिंग जैसे उच्च-तकनीकी क्षेत्रों में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। स्वचालित नियंत्रण प्रणाली वास्तविक आवश्यकताओं के अनुसार विभिन्न प्रक्रिया मापदंडों को समायोजित कर सकती है, उत्पादन क्षमता को अनुकूलित कर सकती है और ऊर्जा खपत को कम कर सकती है।

इसके अतिरिक्त, डीप क्रायोजेनिक एयर सेपरेशन सिस्टम के अनुकूलन में ऊर्जा बचत और उत्सर्जन नियंत्रण प्रौद्योगिकियां भी शामिल हैं। उदाहरण के लिए, सिस्टम में कम तापमान वाली ऊर्जा को पुनः प्राप्त करके ऊर्जा की बर्बादी को कम किया जा सकता है और समग्र ऊर्जा उपयोग दक्षता में सुधार किया जा सकता है। साथ ही, पर्यावरण संबंधी नियमों में बढ़ती सख्ती के चलते, आधुनिक डीप क्रायोजेनिक एयर सेपरेशन उपकरण हानिकारक गैस उत्सर्जन को कम करने और उत्पादन प्रक्रिया की पर्यावरण-अनुकूलता को बढ़ाने पर अधिक ध्यान दे रहे हैं।

डीप क्रायोजेनिक एयर सेपरेशन के अनुप्रयोग

डीप क्रायोजेनिक एयर सेपरेशन तकनीक का उपयोग न केवल औद्योगिक गैसों के उत्पादन में महत्वपूर्ण है, बल्कि यह कई अन्य क्षेत्रों में भी महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है। इस्पात, उर्वरक और पेट्रोकेमिकल उद्योगों में, डीप क्रायोजेनिक एयर सेपरेशन तकनीक का उपयोग ऑक्सीजन और नाइट्रोजन जैसी उच्च शुद्धता वाली गैसें प्रदान करने के लिए किया जाता है, जिससे कुशल उत्पादन प्रक्रियाएं सुनिश्चित होती हैं। इलेक्ट्रॉनिक्स उद्योग में, डीप क्रायोजेनिक एयर सेपरेशन द्वारा प्राप्त नाइट्रोजन का उपयोग सेमीकंडक्टर निर्माण में वातावरण नियंत्रण के लिए किया जाता है। चिकित्सा उद्योग में, उच्च शुद्धता वाली ऑक्सीजन रोगियों के श्वसन संबंधी सहायता के लिए अत्यंत आवश्यक है।

इसके अतिरिक्त, तरल ऑक्सीजन और तरल नाइट्रोजन के भंडारण और परिवहन में भी डीप क्रायोजेनिक एयर सेपरेशन तकनीक महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है। उच्च दबाव वाली गैसों के परिवहन में असमर्थता की स्थिति में, तरल ऑक्सीजन और तरल नाइट्रोजन प्रभावी रूप से आयतन को कम कर परिवहन लागत को घटा सकते हैं।

निष्कर्ष

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

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