گازهای موجود در هوا

آشنایی با گازهای موجود در هوا بعنوان مواد اولیهء صنعت کرایو ژنیک :

یکی از اصلی ترین مواد اولیهء محصولات تولیدی در صنایع گازی پرستلی، گازهای موجود در هوا میباشد لذا ضروری است کارکنان واحد تولید شناخت بیشتری از این گازها داشته باشند.

می دانیم که هوا مخلوطی از گازهای مختلف است. که هر کدام از آنها خصوصیات منحصر بفرد خود را دارند و برای صنایع مختلف و موارد پزشکی از اهمیت بالایی برخوردارند.

ترکیبات هوا که به عنوان گازهای اتمسفر شناخته می شوند شامل:

78 درصد نیتروژن (N2) با نقطه جوش196- درجه سانتیگراد ، 21 درصد اکسیژن (O2)با نقطه جوش 183- درجه سانتیگراد، 0.03 درصد دی اکسید کربن ( CO2) با نقطه جوش 78- درجه ، و بخار آب ( ) بانقطه جوش 100 درجه.

هوا ترکیبات دیگری نیز دارد که بعنوان گازهای نادر (rare gases) شناخته می شوند از جمله 0.000009 درصد زنون (Xe) بانقطه جوش109- درجه سانتیگراد ، 0.0001 درصد کریپتون (Kp) بانقطه جوش 151- درجه ، 0.93 درصد آرگو ن (Ar)با نقطه جوش 185- درجه ، 0.0018 درصد نئون (Ne) بانقطه جوش246 -درجه ، ، 0.0005 هلیم (He) بانقطه جوش 268- درجه ، و درصد اندکی رادون (Rn).

گازهای نادر( Rare gases )یا نجیب ( Noble gases )

تولید نیتروژن مایع و تولید اکسیژن مایع در صنایع گازی پرستلی

خصوصیات و ویژگی های این پنج عنصر گازی:

از ویژگیهای گازهای نادر اینست که آنها غیر قابل اشتعال ( non-flammable ) هستند و از نظر شیمیایی خنثی و یا واکنش خیلی کمی دارند. این خصوصیات آنها موجب شده تا در کاربردشان در صنعت از اهمیت بالایی برخوردار باشند.
گاز نادر ( Rare gas ) یا گاز نجیب ( Noble gas ) چیست؟ گاز نادر گازی است که تقریبا با مواد دیگر واکنش ندارد و در یک واکنش شیمیایی اتمهایش با اتمهای مواد دیگر ترکیب نمیشود. در علم کرایو جنیک (Cryogenic) این گازها را به عنوان گازهای منقبض نشدنی (Non-condensable gases) می شناسند. به دلیل سبکی در بالاترین نقطه cold box پایین تجمع می کنند و هرگز در آنجا مایع نمیشوند لذا از طریق شیر تخلیه گاز نادر به بیرون از دستگاه فرستاده میشود. به آنها گاز نادر میگویند چون خیلی غیر واکنشی هستند و پوسته خارجی مولکول آنها از نظر الکترون ثابت و کامل هستند و بنابراین الکترون دیگری به خود نمیگیرند و ترکیب نمیشوند یا الکترون از دست نمی دهند و دیگر اینکه مولکول آنها تک اتمی اند مثل Ar , Ne , He , Xe , Kr , Rn ( نه دو اتمی مثل گازهای اکسیژن و نیتروژن N2 , O2 )

گاز خنثی (Inert gas) چیست؟ یک گاز خنثی گازیست که کمترین و پایین ترین درجه واکنش به مواد دیگر را دارد مثل گاز نیتروژن که از آن جهت پایین آوردن غلظت اکسیژن در ظروف در بسته مواد غذایی استفاده میشود تا اکسیژن را که موجب اکسیده شدن می شود دور نگهدارد. یا مثلادرتانکهای نفت کش گاز نیتروژن شارژ می کنند تا سطح اکسیژن را در درون آنها به هشت درصد برسانند تا ماده نفتی درون کشتی غیر قابل اشتعال (Non-flammable) شود.

بیشتر بخوانید: روش های تولید اکسیژن

کاربرد گازهای موجود در هوا

1-هلیم Helium :گازی است خیلی سبک تر از هوا و از آن در بالون ها استفاده می شود تا در هوا شناور بمانند از ویژگی های دیگرش اینست که به دلیل خنثی بودنش در هوا نمی سوزد برخلاف هیدروژن که بدلیل سبکی در بالون ها استفاده می شود اما آتش زاست و بارها باعث حوادث وحشتناک شده است.
2-نئون Neon : وقتی برق با ولتاژ بالا از میان گاز نئون می گذرد نور سفید ایجاد می کند، بنابراین از آن در ساخت تابلوهای تبلیغاتی یا لامپ فلورسنت استفاده میکنند.
3-آرگون Argon :گاز نادرآرگون گازی است خنثی که از آن درلامپ های رشته ای استفاده میشود چون فلز رشته ای درون آنها در آرگون نمی سوزد.از آرگون همچنین برای ایجاد فضای خنثی در دمای بالای فرایند متارلوژی استفاده می شود.آرگون ارزان ترین گاز خنثی است و بیشترین درصد در هوا را در بین گازهای نادر داراست.
4-کریپتون Krypton : از کریپتون در لامپ های فلورسنت،فلاش و لیزر استفاده می شود.
5-زنون Xenon: از آن هم برای لامپ های فلورسنت،فلاش ولیزر استفاده می شود.

خصوصیات و ویژگی های گازهای موجود درهوا

گاز نیتروژن ( ازت ): گاز نیتروژن که عمده ترکیب هواست، گازی است بی رنگ، بی بو و کمی سبکتر از هوا. نیتروژن تولید سوختن نمی کند بلکه گازی است خفه کننده که از آن در جهت اطفاء حریق استفاده می شود.
نیتروژن مایع، بی رنگ، بی بو و بی مزه است. با نقطه جوش 196- و نقطه انجماد 210- درجه سانتیگراد. از آب سبکتراست. وزن یک لیتر نیتروژن مایع 0.809 کیلو گرم. وزن نیتروژن مایع 70 درصد وزن اکسیژن مایع میباشد.

گاز اکسیژن: گاز اکسیژن که حیات موجودات زنده وابسته به آن است گازی بی رنگ و بی بو میباشد و 1.1 برابر از هوا سنگین تر است.
اکسیژن مایع به رنگ آبی روشن بی بو وبی مزه و 1/14 برابر از آب سنگین تر است. نقطه جوش آن 183- و نقطه انجماد آن 218 – درجه سانتیگراد میباشد. اکسیژن ماده ای با میل ترکیبی شدید و تقریبا با کلیه عناصر بجز گازهای خنثی ترکیب شده و اکسیدها را تشکیل می دهد. که بارزترین آن زنگ فلزات است. سریع ترین ترکیب آن احتراق است اگرچه اکسیژن خود ماده ای غیر قابل اشتعال است ولی زمانی که باروغن ترکیب میشود، با کوچکترین جرقه بزرگترین انفجار را تولید میکند.

بیشتر بخوانید: ساختار مخازن مایعات کرایوجنیک ( اکسیژن و نیتروژن مایع ) 

گاز دی اکسید کربن (CO2): دی اکسید کربن یکی دیگر از گازهای موجود در اتمسفر میباشد. این گاز از سوختن مواد آلی در حضور اکسیژن کافی ایجاد میشود و گازی بی رنگ و بی بو میباشد.در دمای پایین تر از 78- درجه سانتیگراد متراکم (کاندنس) شده و جسم سفید رنگ جامدی بنام یخ خشک ایجاد می کند. دی اکسید کربن مایع فقط تحت فشار خاصی تشکیل می شود.
چون این گاز سنگین تر از هواست،همیشه در پایین ترین نقطه پخش میگردد. در صورت تنفس آن انسان ابتدا احساس تنگی نفس کرده و پس از مدتی کوتاه خفه می شود. دی اکسید کربن بر خلاف اکسیژن که باعث شعله ور شدن آتش می شود، باعث خفگی آتش میشود، به همین خاطر است که در کپسول های آتش نشانی از آن استفاده می شود.

بخار آب : اتمسفر زمین علاوه بر گاز های پیش گفته حاوی بخار آب نیز می باشد. هوای بدون بخار آب را هوای خشک می گویند. این نوع هوا در هیچ جای جو زمین وجود ندارد حتی در جو روی بیابانها و عرض های بالا. حد اکثر بخار آب موجود در اتمسفر 3-4 درصد است.
مقدار رطوبت در هوا نسبت به فصل، ارتفاع زمین و زمان در شبانه روز متفاوت است. ماکزیمم آن کمی قبل از طلوع خورشید و مینیمم آن در حدود ساعت 14 می باشد. نقطه جوش آب 100 درجه و نقطه انجماد آن صفر درجه سانتیگراد است.

توضیح مهم: هوایی که کمپرسور دستگاههای مولد اکسیژن و نیتروژن مکش می کند حاوی دو ناخالصی مهم بنامهای، بخار آب و گاز دی اکسید کربن میباشد. این دو ناخالصی بایستی قبل از اینکه به قسمتهای سرد دستگاه (cold box) وارد گردند از هوا جدا شوند. در غیر اینصورت در کالمن منجمد میشوند وکار دستگاه را مختل می سازند.

این دو ناخالصی در کولر های کمپرسور کاندنس میشوند و در ترپ ها به تله می افتند و از طریق شیرهای تخلیه هر ساعت به بیرون هدایت می شوند. باقیماندۀ آنها در سیستم درایر و تصفیه از هوا جدا میشوند.