موئے ہوئے ہوا کا علیحدگی یونٹ: عمل اور درجہ بندیاں

موئے ہوئے ہوا الگ کرنے کی اکائیاں کام کرتا ہے: سردیاتی تقطیر کا عمل

موئے ہونا اور کھولنے کے درجہ حرارت میں فرق: نائٹروجن، آکسیجن اور آرگون کو علیحدہ کرنا

کرائو جینک ڈسٹیلیشن کا عمل نائٹروجن، آکسیجن اور آرگون کو ان کے مختلف کھانے کے درجہ حرارت کی بنیاد پر الگ کرتا ہے۔ سب سے پہلے عام ہوا کو تقریباً 6 بار دباؤ تک مُضَغوط کیا جاتا ہے اور پھر اسے تقریباً منفی 175 درجہ سیلسیئس تک ٹھنڈا کیا جاتا ہے تاکہ وہ مائع حالت میں آ جائے، جو علیحدگی کے لیے تیار ہو جاتی ہے۔ جب اسے دوبارہ گرم کیا جاتا ہے تو نائٹروجن سب سے پہلے تقریباً منفی 195.8 درجہ سیلسیئس پر اُبلنا شروع کر دیتا ہے، پھر آرگون منفی 185.9 درجہ سیلسیئس پر اُبلتا ہے، اور آخر میں آکسیجن منفی 183 درجہ سیلسیئس پر اُبلتی ہے۔ درحقیقت نائٹروجن اور آکسیجن کے درمیان علیحدگی کے وقت 13 درجہ کا ایک بہت اہم فرق ہوتا ہے، جو ڈسٹیلیشن ٹاورز سے صاف نتائج حاصل کرنے میں اہم فرق ڈالتا ہے۔ اس دقیق درجہ حرارت کے کنٹرول کی وجہ سے آج کل کے ہوا الگ کرنے کی اکائیاں (ASUs) قابل اعتماد طور پر 99.5% سے زیادہ خلوص کے ساتھ آکسیجن اور نائٹروجن پیدا کر سکتے ہیں، جبکہ عمل کے دوران دستیاب آرگون کا 95% سے زیادہ وصول کر لیتے ہیں۔

موئی ہوا کیوں ضروری خام مال ہے — تھرموڈائنامکس اور توانائی کا اِکٹھا استعمال

موئی ہوا بڑے پیمانے پر ہوا کے الگ کرنے والے اسٹیشنز (ASU) کے لیے بنیادی ابتدائی مادہ کا کام کرتی ہے، نہ صرف اس لیے کہ یہ استعمال میں آسان ہے بلکہ اس کے تھرموڈائنامکی طور پر کام کرنے کے طریقے کی وجہ سے بھی۔ جب ہم ہوا کو مائع حالت میں لاتے ہیں تو درحقیقت ہم اس کے حجم کو تقریباً 700 گنا کم کر دیتے ہیں، جس کا مطلب ہے کہ ہم اسے چھوٹی جگہوں پر ذخیرہ کر سکتے ہیں، حرارت کو زیادہ مؤثر طریقے سے منتقل کر سکتے ہیں، اور ان تقطیر کے کالم کو ہموار طریقے سے چلاتے رہ سکتے ہیں۔ بالکل درست ہے کہ چیزوں کو دبانا بہت زیادہ توانائی کا مطالبہ کرتا ہے، لیکن ذہین نظاموں کو مائع آکسیجن اور نائٹروجن کے بہاؤ جیسی مصنوعات سے اس سردی کو دوبارہ حاصل کرنے کے لیے تیار کیا گیا ہے۔ اس سے مجموعی توانائی کی ضروریات تقریباً 30 فیصد سے لے کر شاید 40 فیصد تک کم ہو جاتی ہیں۔ ان کارآمدیوں کی وجہ سے، کرائو جینک تقطیر اب بھی وہ واحد مناسب طریقہ کار ہے جو حقیقتی طور پر بہت بڑے پیمانے پر آپریشنز کے لیے استعمال ہوتا ہے جو روزانہ تقریباً 100 ٹن سے زیادہ ہوں، کیونکہ دیگر طریقوں جیسے غشاء (ممبرین) یا دباؤ سے گزرنے والی تصفیہ (PSA) کو نہ تو مطلوبہ پیداوار کی سطح تک پہنچنے کی صلاحیت ہے اور نہ ہی مطلوبہ خلوص کے معیارات کو پورا کرنے کی۔ اسے اس طرح دیکھیں: وہ پلانٹ جو آکسیجن کی 5,000Nm³/گھنٹہ تک پیداوار کرتے ہیں، واقعی طور پر آدھے ایکڑ زمین پر آسانی سے فٹ ہو سکتے ہیں، جو دیگر متبادل ٹیکنالوجیوں کے ساتھ ممکن نہیں ہوگا۔

ایئر سیپریشن یونٹس کے بنیادی عمل کے مراحل

کمپریشن اور صاف کرنا: فریز آؤٹ کو روکنے کے لیے CO₂، نمی اور ہائیڈروکاربنز کو ختم کرنا

ایئر سیپریشن یونٹس (ASUs) پہلے ماحولیاتی ہوا کو تقریباً 150 psia (≈10 بار) تک کمپریس کرتے ہیں، جس سے اس کی کثافت بڑھ جاتی ہے تاکہ اگلے مراحل کی پروسیسنگ موثر ہو سکے۔ اس دباؤ والی ہوا کو پھر ایک کثیر المراحل کی صفائی کے سلسلے سے گزارا جاتا ہے جو ان آلودگیوں کو ختم کرنے کے لیے ڈیزائن کیا گیا ہے جو کرائوجینک درجہ حرارت پر جم سکتی ہیں یا ردعمل ظاہر کر سکتی ہیں:

• ذراتی فلٹرز دھول اور مکینیکل ریزہ کو ختم کرتے ہیں
• کوائلیسنگ فلٹرز کمپریسر کے لوبریکنٹس سے تیل کے ایروسلز کو ختم کرتے ہیں
• ایڈسورپشن بیڈز جو فعال الومینا اور زیولائٹس پر مشتمل ہوتے ہیں، جو نمی اور CO₂ کو جذب کرتے ہیں

یہ مرحلہ وار طریقہ حرارتی تبادلہ کرنے والے آلے میں برف کے تشکیل پانے کو روکتا ہے اور آکسیجن سے بھرپور ماحول میں دھماکہ خیز خطرہ کے طور پر جانا جانے والا ایسیٹیلن کے جمع ہونے کو ختم کر دیتا ہے۔ مناسب صفائی مالیکیولر سیو کی سروس کی عمر 30–40% تک بڑھا دیتی ہے، جس سے زندگی بھر کے رख راست کے اخراجات کو کافی حد تک کم کیا جا سکتا ہے۔

سرد کرنا، پھیلاؤ اور جُز وی تقسیم: گیسوں کی حالت میں ہوا سے اعلیٰ درجہ کی خالص مائع مصنوعات تک

صفائی کے بعد، ہوا کرایو جینک سیکشن میں داخل ہوتی ہے، جہاں برازڈ الیومینیم پلیٹ-فن ایکسچینجرز میں مخالف راستے کے حرارتی تبادلے کے ذریعے اسے تقریباً -185°C تک سرد کیا جاتا ہے۔ اس کا ایک حصہ ٹربائنز کے ذریعے کنٹرول شدہ پھیلاؤ سے گزرتا ہے، جس میں جول-تھامسن اثر کو استعمال کرکے جزوی مائع ہونے کا عمل شروع کیا جاتا ہے۔ نتیجے کے طور پر حاصل ہونے والے دو-مرحلہ مرکب کو ایک دوہرے کالم تقطیر نظام میں فیڈ کیا جاتا ہے:

جاری رہنے والے تبخیر اور دوبارہ گرم کرنے کے چکر اجزاء کو درستگی کے ساتھ علیحدہ کرتے ہیں۔ پھیلاؤ کے دوران توانائی کی بازیافت، کمپریشن توانائی کا 65–75% واپس حاصل کرتی ہے—جس کی وجہ سے یہ عمل حرارتیاتی طور پر منطقی اور آپریشنل طور پر پائیدار ہوتا ہے۔

ہوا کو علیحدہ کرنے والی اکائیوں کے اہم صنعتی استعمالات

بھاری صنعت کی طلب: گیسی اور مائع آکسی جن‏/نائٹروجن کے ساتھ فولاد سازی، کیمیائی ترکیب اور تصفیہ

ہوا کی الگ کرنے والی اکائیاں (ASUs) آکسیجن اور نائٹروجن کی گیسی اور مائع دونوں شکلوں کو صنعتی تیاری کے متعدد بنیادی شعبوں کو فراہم کرتی ہیں۔ مثال کے طور پر سٹیل کی پیداوار کو لیجیے۔ جب صنعت کار بلیسٹ فرنیس یا بیسک آکسیجن فرنیس میں براہ راست آکسیجن داخل کرتے ہیں، تو انہیں بہتر احتراق کے نتائج حاصل ہوتے ہیں۔ اس سے عام طور پر کوک کے استعمال میں 20 سے 30 فیصد تک کمی آتی ہے اور ساتھ ہی فی ٹن سٹیل کی پیداوار پر کاربن ڈائی آکسائیڈ کے اخراج میں بھی کمی آتی ہے۔ ان کیمیائی عملوں کے لیے جنہیں آکسیجن کے آلودگی سے تحفظ کی ضرورت ہوتی ہے، مائع نائٹروجن انتہائی اہم کردار ادا کرتی ہے۔ اسی طرح ایتھیلین آکسائیڈ کی پیداوار کا ذکر کیا جا سکتا ہے، کیونکہ آکسیجن کے ننھے سے نشان بھی خطرناک تحلیل کے ردعمل کا باعث بن سکتے ہیں۔ ریفائنریاں بھی تقریباً 99.5 فیصد یا اس سے زیادہ خالص آکسیجن کے استعمال سے فائدہ اٹھاتی ہیں۔ اس قسم کی خالصی کی سطح کیٹالیٹک کریکنگ کے عمل کو بہتر بناتی ہے اور کیٹالسٹ کے وقتاً فوقاً غیر فعال ہونے کے خدشے کے بغیر موثر ہائیڈرو ڈی سلفورائزیشن کو برقرار رکھنے میں مدد دیتی ہے۔ مائع شکل کا فائدہ صرف کارکردگی تک محدود نہیں ہے۔ چونکہ مائعات چھوٹے حجم میں زیادہ توانائی کو سمیٹے ہوتے ہیں اور لاگستکس کے لیے زیادہ اختیارات فراہم کرتے ہیں، اس لیے وہ کمپنیاں جو اپنے آپریشنز میں ASUs کو ضم کرتی ہیں، عام طور پر گیس کی ترسیل کے لیے صرف پائپ لائنز پر انحصار کرنے کے مقابلے میں تقریباً 40 فیصد تک ٹرانسپورٹیشن کے اخراجات میں کمی دیکھتی ہیں۔

اعلیٰ خلوص کے مخصوص استعمالات: طبی آکسی جن، موڈیفائیڈ ایٹموسفیر پیکیجنگ، اور سیمی کنڈکٹر تیاری

ہوا کے علیحدگی اکائیاں صرف بڑی مقدار میں گیس پیدا کرنے سے کہیں زیادہ کام کرتی ہیں۔ واقعی میں، یہ انتہائی خالص گیسیں تیار کرتی ہیں جو کچھ بہت اہم درجوں کے لیے ناگزیر ہوتی ہیں۔ مثال کے طور پر، طبی درجہ کی آکسیجن۔ امریکی فارماسوٹیکل سٹینڈرڈ (USP) اور یورپی فارماسوٹیکل سٹینڈرڈ (EP) کے مطابق، اس کی خلوصی کم از کم 99.5% ہونی چاہیے، اور یہ سانس لینے کی حمایت کی ضرورت رکھنے والے مریضوں یا انٹینسیو کیئر یونٹس میں داخل مریضوں کے لیے بالکل ضروری ہے۔ حالیہ بڑے صحت کے بحران کے دوران اس کی طلب تقریباً 25% بڑھ گئی تھی۔ غذائی صنعت بھی نائٹروجن کی خصوصیات پر بہت زیادہ انحصار کرتی ہے۔ جب پیک شدہ غذائی اشیاء کو ترمیم شدہ ماحول کی پیکیجنگ (MAP) میں رکھا جاتا ہے، تو نائٹروجن آکسیڈیشن اور مائیکروبیل نمو کو روک کر فاسد ہونے سے روکتا ہے۔ اس سے مصنوعات کی مدتِ استعمال کافی حد تک بڑھ جاتی ہے اور پورے شعبے میں تقریباً 30% غذائی فضول کے مسئلے کو کم کیا جا سکتا ہے۔ اور پھر سیمی کنڈکٹر کی تیاری ہے، جہاں معیارات مزید سخت ہو جاتے ہیں۔ ان عملیات کے لیے، نائٹروجن کی خلوصی 99.999% (جسے '5N خلوصی' کہا جاتا ہے) تک پہنچنا ضروری ہے، جبکہ آکسیجن کے آلودگی کی مقدار ایک ملین میں ایک حصہ (1 ppm) سے کم رہنی چاہیے۔ کرائو جینک تقطیر اب بھی اس درجہ کی درستگی حاصل کرنے کا واحد طریقہ ہے، جو بے داغ سلیکون ویفرز کی تیاری میں فرق ڈالتا ہے۔

جدید ہوا کے الگ کرنے والی اکائیوں میں ڈیزائن اور قابل اعتمادی

آج کے ایس یو ایس (ASUs) کو صنعتی ماحول میں سخت حالات کے باوجود بے رُک چلنے کے لیے بنایا گیا ہے۔ ان نظاموں میں بیک اپ کمپریسرز اور خاص کنٹرول کے طریقے موجود ہوتے ہیں جو ان سوپر کول کالمز کو صرف پلس یا منس نیم درجہ سیلسیئس کے قریب مستقل رکھتے ہیں۔ یہ درجہ حرارتی استحکام بہت اہم ہے، کیونکہ یہ یقینی بناتا ہے کہ علیحدگی کا عمل درست طریقے سے انجام پاتا ہے اور حتمی مصنوعات صاف اور خالص رہتی ہیں۔ ساختی مضبوطی کے لیے، سازندگان خاص سٹیل ایلوئیز سے بنے ہوئے دوہرے لیئر والے ٹینکس کا استعمال کرتے ہیں جو ویکیوم عزل کے ساتھ منفی 196 درجہ سیلسیئس پر بھی دراڑ نہیں پڑنے دیتے یا پہننے نہیں دیتے۔ توانائی بچانے کے لحاظ سے، جدید ایس یو ایس (ASUs) دراصل کمپریشن کے اجزاء سے حرارت کو دوبارہ استعمال کرتے ہیں، جس سے پرانے ماڈلز کے مقابلے میں بجلی کی ضروریات تقریباً 15 سے 20 فیصد تک کم ہو جاتی ہیں۔ جرنل آف کلینر پروڈکشن جیسے جرائد میں شائع ہونے والی تحقیق اس بات کی تائید کرتی ہے۔ ایک اور ذہین خصوصیت ماڈیولر ڈیزائن ہے، جو پلانٹس کو اپنی گنجائش کو مرحلہ وار بڑھانے اور آپریشنز جاری رکھتے ہوئے اجزاء کو تبدیل کرنے کی اجازت دیتی ہے۔ تمام یہ غور و خوض سے کی گئی انجینئرنگ کے انتخاب تقریباً 99.6 فیصد آپ ٹائم (uptime) کا نتیجہ دیتے ہیں، جس کا مطلب ہے کہ ہسپتال، سیمی کنڈکٹر فیکٹریاں اور دیگر اہم سہولیات کو ہر وقت مائع نائٹروجن، آکسیجن اور آرگون کی مستقل فراہمی پر بھروسہ کیا جا سکتا ہے۔

فیک کی بات

• کرائو جینک تقطیر کیسے کام کرتی ہے؟
  کرائو جینک تقطیر منشیت کی ہوئی ہوا کو مائع حالت میں نڈا کرکے اور پھر اسے گرم کرکے اس کے کھولنے کے درجہ حرارت کی بنیاد پر گیسیں الگ کرنے کا عمل ہے۔
• ایس یو ایس (ASUs) سے حاصل شدہ پاک گیسوں کے کچھ صنعتی استعمالات کیا ہیں؟
  پاک گیسیں فولاد سازی، کیمیائی ترکیب، ریفائننگ، طبی شعبوں، موڈیفائیڈ ایٹموسفیئر پیکیجنگ اور سیمی کنڈکٹر تیاری میں استعمال ہوتی ہیں۔
• جدید ایس یو ایس (ASUs) میں ماڈیولر ڈیزائن کا کیا اہمیت ہے؟
  ماڈیولر ڈیزائن سے بناوٹ کی صلاحیت میں اضافہ اور اجزاء کی تبدیلی کو آپریشنز روکے بغیر ممکن بنایا جا سکتا ہے، جس سے کارکردگی اور قابل اعتمادی میں اضافہ ہوتا ہے۔
• صنعتی استعمالات میں آکسیجن کی خالصی کیوں اہم ہے؟
  آکسیجن کی بلند خالصی کیٹالیٹک کریکنگ جیسے عملوں کے لیے نہایت اہم ہے اور ریفائنریوں میں کیٹالسٹ کی غیر فعال ہونے سے بچاؤ کے لیے ضروری ہے۔
• ایس یو ایس (ASUs) میں الگ کی جانے والی اہم گیسیں کون سی ہیں؟ ہوا الگ کرنے کی اکائیاں (ASUs)؟
  نائٹروجن، آکسی جن اور آرگون ASUs میں الگ کیے جانے والے بنیادی گیسیں ہیں۔