مقدمه
هر گاز دارای یک دمای جوش خاص است که در آن از حالت مایع به گاز تبدیل می‌شود. از این ویژگی می‌توان برای جداسازی گازها در صنایع مختلف بهره برد. فرآیند جداسازی اغلب در پالایشگاه‌ها، کارخانه‌های تولید گازهای صنعتی و آزمایشگاه‌های تحقیقاتی برای جداسازی هوای مایع، گاز طبیعی و سایر ترکیبات گازی استفاده می‌شود.
اصول جداسازی گازها بر اساس نقطه جوش
در این روش، گازها ابتدا تا دمای بسیار پایین سرد شده و به مایع تبدیل می‌شوند. سپس با کنترل دما، هر جزء بر اساس نقطه جوش خود تبخیر شده و جدا می‌شود. این فرآیند معمولاً در برج‌های تقطیر انجام می‌شود.
مثال‌هایی از جداسازی گازها
۱. جداسازی اجزای هوا
هوای اطراف ما مخلوطی از گازهای مختلف است که هر یک نقطه جوش متفاوتی دارند. برای جداسازی این گازها، از روش تقطیر جزء‌به‌جزء استفاده می‌شود.
| گاز | نقطه جوش (°C) | کاربردها |
|---|---|---|
| نیتروژن (N₂) | -195.8 | صنایع غذایی، داروسازی، برش فلزات |
| اکسیژن (O₂) | -183 | پزشکی، صنایع فولاد، سوخت موشک |
| آرگون (Ar) | -185.8 | جوشکاری، تولید نیمه‌هادی‌ها |
| کریپتون (Kr) | -153.4 | روشنایی، لیزرها |
| زنون (Xe) | -108.1 | بیهوشی، لامپ‌های گازی |
در این فرآیند، ابتدا هوا فشرده و سپس تا دمای حدود -200 درجه سانتی‌گراد سرد می‌شود تا تمام اجزا مایع شوند. سپس مایع هوا در برج تقطیر گرم شده و گازهای مختلف بر اساس نقطه جوش خود از یکدیگر جدا می‌شوند.
۲. جداسازی گازهای موجود در گاز طبیعی
گاز طبیعی شامل ترکیبات مختلفی مانند متان، اتان، پروپان و بوتان است که هرکدام نقطه جوش متفاوتی دارند. این گازها با استفاده از فرآیند مایع‌سازی و تقطیر جزء‌به‌جزء استخراج می‌شوند.
| گاز | نقطه جوش (°C) | کاربردها |
|---|---|---|
| متان (CH₄) | -161.5 | سوخت اصلی گاز طبیعی |
| اتان (C₂H₆) | -88.5 | تولید اتیلن، پلاستیک |
| پروپان (C₃H₈) | -42.1 | سوخت گرمایشی و صنعتی |
| بوتان (C₄H₁₀) | -0.5 | گاز مایع (LPG)، سوخت خودرو |
مراحل جداسازی گازها بر اساس نقطه جوش
- تراکم گازها: گازها فشرده می‌شوند تا حجم آنها کاهش یابد.
- سرد کردن: دما کاهش می‌یابد تا گازها به مایع تبدیل شوند.
- تقطیر جزء‌به‌جزء: در یک برج تقطیر، گازها به تدریج تبخیر شده و بر اساس نقطه جوش خود جدا می‌شوند.
- جمع‌آوری اجزای جداشده: هر گاز به‌صورت مایع یا گاز ذخیره می‌شود.
کاربردهای جداسازی گازها بر اساس نقطه جوش
- تولید گازهای صنعتی مانند اکسیژن، نیتروژن و آرگون برای استفاده در صنایع مختلف
- تصفیه گاز طبیعی برای تولید سوخت‌های پاک‌تر
- استفاده در پزشکی و هوافضا برای تأمین اکسیژن و سایر گازهای خاص
- تهیه گازهای مورد نیاز در جوشکاری و برش فلزات
نتیجه‌گیری
جداسازی گازها بر اساس نقطه جوش یک روش مؤثر برای تولید گازهای صنعتی و پالایش ترکیبات گازی است. این فرآیند در بسیاری از صنایع از جمله پتروشیمی، پزشکی و هوافضا نقش کلیدی دارد. پیشرفت‌های جدید در فناوری‌های تقطیر و مایع‌سازی باعث افزایش بازدهی و کاهش هزینه‌های این روش شده است.
