I. ایئر سیپریشن یونٹ کا تعارف
نام نہاد ایئر سیپریشن یونٹ، سادہ الفاظ میں، ایک ایسا آلہ ہے جو ہوا میں گیس کے اہم اجزاء کو الگ کرتا ہے۔ یہ ہوا کو مائع حالت میں گہرائی سے ٹھنڈا کرتا ہے اور آکسیجن، نائٹروجن اور آرگن کو آہستہ آہستہ الگ کرنے کے لیے مائع ہوا کے اجزاء کے مختلف ابلتے ہوئے مقامات کا استعمال کرتا ہے۔ ہوا میں نایاب گیسیں بھی ہوتی ہیں جیسے کہ ہیلیم، نیین، آرگن، کرپٹن، زینون، ریڈون، نیز نجاست جیسے نمی، کاربن ڈائی آکسائیڈ اور دھول، ان سب کو الگ اور صاف کرنے کی ضرورت ہے۔ زیادہ تر فیکٹریوں کے لیے، ہوا سے الگ کرنے والے یونٹ کا بنیادی کام صاف آکسیجن، نائٹروجن، آرگن وغیرہ کو الگ کرنا اور پیدا کرنا ہے۔
(I) اصولی تعارف
ہوا کے اہم اجزاء نائٹروجن، آکسیجن اور آرگن ہیں، لہٰذا علیحدگی کا بنیادی مقصد ان تینوں خالص گیسوں کو حاصل کرنا ہے۔
ہوا میں بنیادی نجاست نمی، کاربن ڈائی آکسائیڈ اور ہائیڈرو کاربن ہیں۔
ہوا کی علیحدگی ہوا میں نقصان دہ نجاست کو دور کرنا اور مخلوط گیس کو "خالص" گیسوں جیسے نائٹروجن، آکسیجن اور آرگن میں الگ کرنا ہے۔
ہوا کی علیحدگی کا بنیادی اصول یہ ہے کہ ہوا میں نائٹروجن، آکسیجن اور آرگن میں مختلف بلبل پوائنٹس (شب کے پوائنٹس، بوائلنگ پوائنٹس) ہوتے ہیں اور انہیں کشید کے ذریعے الگ کیا جاتا ہے۔ ان کے ابلتے پوائنٹس ہیں: N₂: -195.8 ڈگری؛ O₂: -183.0 ڈگری؛ Ar: -185.7 ڈگری۔
کشید کا عمل: ڈسٹلیشن پلیٹ پر، زیادہ درجہ حرارت کے ساتھ سیر شدہ بھاپ اور کم درجہ حرارت کے ساتھ سیر شدہ مائع مکمل رابطے میں ہیں۔ سیر شدہ بھاپ سیر شدہ مائع کو حرارت جاری کرتی ہے اور خود کو جزوی طور پر گاڑھا کرتی ہے۔ سیر شدہ مائع گرمی کو جذب کرتا ہے اور جزوی طور پر بخارات بن جاتا ہے۔ آکسیجن ایک اعلی-ابلتا-پوائنٹ جزو ہے اور مائع مرحلے میں زیادہ گاڑھا ہوتا ہے۔ نائٹروجن ایک کم-ابلنے والا-پوائنٹ جزو ہے اور گیس کے مرحلے میں زیادہ بخارات بنتا ہے۔
II. عمل کے بہاؤ کا تعارف
ہوا کی علیحدگی کا موجودہ عمل کا بہاؤ تقریباً اس طرح ہے: ماحول کو پہلے کمپریشن سسٹم کے ذریعے کمپریس کیا جاتا ہے، پھر ابتدائی ٹھنڈک کے لیے پری-کولنگ سسٹم میں داخل ہوتا ہے، پھر کچھ نجاستوں جیسے نمی اور کاربن ڈائی آکسائیڈ کو دور کرنے کے لیے پیوریفیکیشن سسٹم میں داخل ہوتا ہے، اور پھر ہیٹ ایکسچینج سسٹم کے ذریعے مزید ٹھنڈا ہوتا ہے، اور پھر ڈسپین باکس، ڈسپلن، ڈسپلن، ڈسپوزل سسٹم میں داخل ہوتا ہے۔ وغیرہ، اور کولڈ باکس میں مین ٹاورز، مین کولنگ، مائع پمپ اور دیگر آلات ہوتے ہیں، اور اس سسٹم میں ڈسٹلیشن کا عمل مکمل ہو جاتا ہے) اور آخر کار بیک اپ سسٹم جیسے پروڈکٹ گیسیفیکیشن، کمپریشن اور اسٹوریج میں داخل ہوتا ہے۔
III ایئر علیحدگی یونٹ کے نظام (یا سامان) کا تعارف
(I) کمپریشن سسٹم
ایئر کمپریشن سسٹم کے شروع میں ایک ایئر فلٹر ہوتا ہے، جو ہوا میں مکینیکل نجاست کو فلٹر کرنے کے لیے استعمال ہوتا ہے۔ بنیادی طور پر خود کو صاف کرنے والے ایئر فلٹرز ہیں؛ کمپریشن کا مقصد ہوا کو پری-کمپریس کرنا ہے، اور آلات میں بنیادی طور پر سٹیم ٹربائن، ایئر کمپریسرز، سپر چارجرز وغیرہ شامل ہیں۔
خود-صفائی فلٹر: عام طور پر، جیسے جیسے گیس کا حجم بڑھتا ہے، فلٹر کارتوس کی تعداد میں اضافہ ہوتا ہے، اور تہوں کی تعداد بھی زیادہ ہوتی ہے۔ 25,000 اور اس سے اوپر کے گریڈ کے لیے ڈبل-پرت، اور 60,000 اور اس سے اوپر کے گریڈ کے لیے تین-پرت؛ ایک ہی کمپریسر کو الگ فلٹر سے لیس کرنے کی ضرورت ہے، اور اسے اوپر کی سمت میں ترتیب دیا گیا ہے۔
بھاپ ٹربائن: ہائی پریشر بھاپ کام کرنے کے لیے پھیلتی ہے، سماکشیی امپیلر کو گھومنے کے لیے چلاتی ہے، اس طرح کام کرنے والے سیال پر کام حاصل ہوتا ہے۔ عام شکلوں میں مکمل کنڈینسیشن، مکمل بیک پریشر اور ایکسٹرکشن کنڈینسیشن شامل ہیں، اور زیادہ عام طور پر استعمال کیا جاتا ہے نکالنے والی گاڑھا ہونا۔
ایئر کمپریسر: ہوا سے الگ کرنے والی بڑی اکائیاں زیادہ تر سنگل-شافٹ آئیسو تھرمل سینٹری فیوگل کمپریسر استعمال کرتی ہیں۔ درآمد شدہ توانائی کی کھپت گھریلو کے مقابلے میں تقریباً 2% کم ہے، اور سرمایہ کاری 80% زیادہ ہے۔ آؤٹ لیٹ وینٹڈ ہے، اور کوئی ریٹرن پائپ لائن سیٹ نہیں ہے۔ کم از کم سکشن فلو اینٹی-سرج کی ضرورت ہے، اور انلیٹ گائیڈ وین کو بہاؤ کے ضابطے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے۔ درآمد شدہ اور گھریلو اکائیاں چاروں-مرحلہ کمپریشن اور تین-مرحلہ کولنگ ہیں (آخری مرحلہ ٹھنڈا نہیں ہوا)۔ مین ایئر کمپریسر ہر سطح پر امپیلر اور والیوٹ کی سطح پر موجود ذخائر کو دھونے کے لیے واٹر واشنگ سسٹم سے لیس ہے، جو مین انجن کے ساتھ ایک مکمل سیٹ ہے۔
بوسٹر: ہوا سے الگ کرنے والے بڑے یونٹ زیادہ تر سنگل-شافٹ آئسوتھرمل سینٹری فیوگل کمپریسرز اور گیئر سینٹری فیوگل کمپریسرز استعمال کرتے ہیں۔ ان میں سے، گیئر کی قسم کو توانائی کی کھپت میں زیادہ فائدہ ہوتا ہے، خاص طور پر نسبتاً زیادہ دباؤ والے حالات میں۔
(II) پری کولنگ سسٹم
پری کولنگ سسٹم کا کام ابتدائی طور پر ہوا کو ٹھنڈا کرنا ہے تاکہ کمپریسڈ ہوا میں موجود پانی، کاربن ڈائی آکسائیڈ، دھول اور دیگر نجاست کو اگلے مرحلے میں صاف کیا جا سکے۔ اہم سامان میں ایئر کولنگ ٹاور، واٹر کولنگ ٹاور، ٹھنڈا پانی اور ٹھنڈے پانی کے پمپ وغیرہ شامل ہیں۔
ایئر کولنگ ٹاور: اس کی دو شکلیں ہیں: بند گردش (ایئر کولنگ ٹاور کو دو حصوں میں تقسیم کیا گیا ہے، اوپری اور نچلے حصے، اور ٹھنڈا پانی ایئر کولنگ ٹاور کے اوپری حصے اور واٹر کولنگ ٹاور کے درمیان گردش کرتا ہے) اور کھلی گردش (سرکلیٹنگ واٹر سسٹم میں)۔ بند گردش بنیادی طور پر کیمیکل پلانٹس میں پانی کی ناقص کوالٹی کے ساتھ استعمال ہوتی ہے، جنہیں تازہ پانی اور کیمیکلز کے ساتھ پورا کرنے کی ضرورت ہوتی ہے۔ کھلی گردش کا وسیع پیمانے پر استعمال کیا جاتا ہے، لیکن گردش کرنے والے پانی کے نظام کو بھی باقاعدگی سے تازہ پانی کے ساتھ پورا کرنے کی ضرورت ہے، اور موسم گرما میں کام کرنے کے حالات پر غور کیا جانا چاہیے۔ اس کا ڈیزائن عام طور پر 1 میٹر φ76 سٹینلیس سٹیل کی بال رِنگ (اعلی درجہ حرارت کے خلاف مزاحمت) نچلے حصے میں، 3 میٹر φ76 رینفورسڈ پولی پروپلین بال رِنگ (بڑا بہاؤ) اور 4 میٹر φ50 رینفورسڈ پولی پروپیلین بال رِنگ ہے۔
واٹر کولنگ ٹاور: اس کی دو قسمیں ہیں: دو-اسٹیج کی قسم (جب کوئی بیرونی ٹھنڈا ذریعہ نہیں ہوتا ہے، تو خشک گندے نائٹروجن کی ٹھنڈک صلاحیت کو مکمل طور پر بحال کیا جاتا ہے تاکہ پری-کولنگ سسٹم کو یقینی بنایا جا سکے، لیکن مزاحمت دو گنا زیادہ، 7 میٹر + 7 میٹر φ50 پولی پرون بال اور ایک قسم کا پولی پروپیل بال (1) ایک بیرونی ٹھنڈا ذریعہ ہے، 8 میٹر φ50 پولی پروپیلین بال رنگ)۔
دیگر: عام طور پر، نظام میں داخل ہونے سے نجاست کو روکنے کے لیے، پری-کولنگ سسٹم میں پانی کے تمام داخلے فلٹرز (عام طور پر 6 یونٹس: 4 واٹر پمپ، واٹر کولنگ ٹاور میں واٹر انلیٹ، اور چیلر کے بخارات کی طرف پانی کے داخلے) سے لیس ہونے چاہئیں۔ اثر ٹیسٹ یہ ہے: نچلے 4 میٹر پیکنگ سیکشن کی آؤٹ لیٹ گیس اندر جانے والے پانی سے 1 ڈگری کم ہے۔ اوپری 8 میٹر پیکنگ سیکشن کی آؤٹ لیٹ گیس پانی سے 1 ڈگری زیادہ ہے۔ عام طور پر، ایک تھرمامیٹر ایئر کولنگ ٹاور (اندرونی تک پھیلا ہوا) کے وسط میں لگایا جاتا ہے۔
(III) طہارت کا نظام
طہارت کے نظام کا کام ہوا میں موجود نمی، کاربن مونو آکسائیڈ، کاربن ڈائی آکسائیڈ، ہائیڈروجن اور ہائیڈرو کاربن جیسی نجاستوں کو دور کرنا ہے تاکہ ہوا کی مصنوعات میں نائٹروجن، آکسیجن اور آرگن کی پاکیزگی کو یقینی بنایا جا سکے۔ استعمال کیے جانے والے adsorbers عمودی محوری بہاؤ، افقی ڈبل-پرت بیڈ اور عمودی شعاعی بہاؤ ہیں۔
عمودی محوری بہاؤ: بنیادی طور پر 10,000 لیول (قطر 4.6m تک پہنچ چکا ہے) سے نیچے ہوا کو الگ کرنے والے آلات کے لیے استعمال کیا جاتا ہے، بستر کی موٹائی 1550∽2300mm، ڈبل-پرت یا سنگل-پرت کو ترتیب دیا جا سکتا ہے، اور ہوا کے بہاؤ کی تقسیم بہترین ہے۔
افقی ڈبل-پرت والا بستر: بنیادی طور پر بڑے اور درمیانے سائز کے ہوا کو الگ کرنے والے آلات کے لیے استعمال کیا جاتا ہے، بستر کی موٹائی 1150 ملی میٹر (سالماتی چھلنی) + 350ملی میٹر (ایلومینیم جیل)۔
عمودی شعاعی بہاؤ: کنٹینر کی اندرونی جگہ کو مؤثر طریقے سے استعمال کر سکتا ہے، تاکہ ایک ہی قطر کے ساتھ جذب کرنے والی پرت کا رقبہ تقریباً 1.5 گنا بڑھ جائے، ٹاور کی اونچائی کو مؤثر طریقے سے کم کیا جائے، اور عمودی جگہ کا تعین کرنے کا طریقہ ایک چھوٹا رقبہ رکھتا ہے۔ کیونکہ ہوا کا بہاؤ یکساں طور پر تقسیم کیا جاتا ہے، افقی ایڈزوربر کے غیر مساوی ہوا کے بہاؤ کے برعکس، سالماتی چھلنی کی مقدار میں 20٪ کمی واقع ہوتی ہے، اور تخلیق نو کی توانائی کی کھپت میں بھی 20٪ کی بچت ہوتی ہے۔ تاہم، نقصان یہ ہے کہ ہوا کے بہاؤ کا مرکز مرتکز ہے (پنکھے کی شکل کا علاقہ) اور دخول کا وقت افقی قسم سے زیادہ تیز ہے (CO₂＜0.5ppm درکار ہے)۔ بستر کی موٹائی 1000 ملی میٹر+200ملی میٹر ہے، جو 20,000 لیول سے اوپر کے ہوا سے الگ کرنے والے آلات کی ترتیب کو پورا کر سکتی ہے۔
IV ہیٹ ایکسچینج سسٹم
ہیٹ ایکسچینج سسٹم کا مقصد اگلے ڈسٹلیشن آپریشن کے لیے ہوا کو مزید ٹھنڈا کرنا ہے۔ ٹھنڈی توانائی کا ذریعہ ٹربائن ایکسپینڈر کے ذریعے ہوا کے ایک حصے کا بخارات بننا ہے۔ اس کی ساخت ایک ملٹی-پرت پلیٹ-فن کی قسم ہے۔ ملحقہ چینلز کے درمیان لاجسٹک پنکھوں کے ذریعے اچھی طرح سے گرمی کا تبادلہ ہوتا ہے۔ اس کا استعمال کمپریسڈ ہوا کو ٹھنڈا کرنے کے لیے کیا جاتا ہے جو پانی اور CO₂ کو نکالنے کے لیے سالماتی چھلنی کے ذریعے جذب کی گئی ہے۔ ہر ریفلوکس گیس (مائع) کو یہاں کمرے کے درجہ حرارت پر گرم کیا جاتا ہے۔
سخت الفاظ میں، ایک ہی ہیٹ ایکسچینجر میں مخلوط میڈیا کے متعدد اسٹریمز کا ڈیزائن خود بخود ہر میڈیم کی حرارت کی منتقلی کو متوازن کر سکتا ہے اور توانائی کی کھپت کو کم سے کم کر سکتا ہے۔ تاہم، اندرونی کمپریشن کے عمل کے لیے، تمام ہیٹ ایکسچینجرز ہائی پریشر ہیٹ ایکسچینجرز ہوں گے، جس سے سرمایہ کاری بڑھے گی۔ اس لیے، 20,000 لیول سے اوپر والے اندرونی کمپریشن ہیٹ ایکسچینجرز کے لیے ہائی اور کم پریشر کو الگ کرنا زیادہ کفایتی ہے، اور تمام ہائی پریشر ہیٹ ایکسچینجرز کو 20,000 لیول سے نیچے ترتیب دیا گیا ہے۔
V فریکشن سسٹم
فریکشنیشن سسٹم کا مقصد آکسیجن، نائٹروجن، آرگن وغیرہ میں صاف اور گہری ٹھنڈی ہوئی کمپریسڈ ہوا کو مرحلہ وار تقسیم کرنا ہے۔ اہم سامان کولڈ باکس ہے (بشمول مین ٹاور، مین کولنگ، سب کولر، کروڈ آرگن ٹاور، مائع آکسیجن پمپ، مائع پمپ وغیرہ)۔
کولڈ باکس: یہ ایک مربع یا گول دھات کا ڈھانچہ ہے، جو ہوا سے الگ ہونے والی ورکشاپ کی سب سے بڑی علامت ہے۔ یہ سردی کے نقصان کو کم کرنے کے لئے موتی ریت سے بھرا ہوا ہے۔ ہوا کو کولڈ باکس میں ٹاور پلیٹ اور پیکنگ پر ڈسٹلیشن اثر کے ذریعے الگ کیا جاتا ہے۔
ڈسٹلیشن ٹاور: ٹاور کا باڈی بیلناکار ہے، نچلے ٹاور میں چھلنی پلیٹوں کی ایک سے زیادہ تہوں کے ساتھ، چھلنی پلیٹ پر ایک اوور فلو بالٹی سیٹ کی گئی ہے، ایک اوور فلو بیفل، اور چھوٹے سوراخوں سے گھنے ڈھکے ہوئے ہیں۔ اوپری ٹاور باقاعدہ پیکنگ اور مائع ڈسٹری بیوٹر سے لیس ہے۔ نچلے ٹاور میں کشید کے دوران، مائع ہر چھلنی پلیٹ سے ایک ایک کرکے اوپر سے نیچے کی طرف بہتا ہے۔ اوور فلو ویر کے اثر کی وجہ سے، پیڈل پر ایک مخصوص مائع سطح کی اونچائی بنتی ہے۔ جب گیس چھلنی پلیٹ کے چھوٹے سوراخوں سے نیچے سے اوپر تک گزرتی ہے، تو یہ بلبلے پیدا کرنے کے لیے مائع سے رابطہ کرتی ہے، جس سے گیس- مائع کے رابطے کے علاقے میں اضافہ ہوتا ہے، جس سے حرارت اور بڑے پیمانے پر تبادلہ موثر ہوتا ہے۔ کم-ابائلنگ پوائنٹ کے اجزاء بتدریج بخارات بنتے ہیں، اور اعلی-ابائلنگ پوائنٹ کے اجزاء آہستہ آہستہ مائع ہوجاتے ہیں۔ ٹاور کے اوپری حصے میں، کم ابلتے نقطہ کے ساتھ خالص نائٹروجن حاصل کی جاتی ہے، اور ٹاور کے نچلے حصے میں آکسیجن- سے بھرپور مائع ہوا کے اجزاء حاصل ہوتے ہیں۔ اوپری ٹاور میں کشید کے دوران، گیس ڈسٹری بیوٹر سے گزرتی ہے اور پیکنگ پلیٹ کے ساتھ ساتھ اٹھتی ہے۔ پانی کی تقسیم کار کے ذریعے مائع کو پیکنگ پلیٹ پر اوپر سے نیچے تک یکساں طور پر تقسیم کیا جاتا ہے۔ پیکنگ کی سطح پر، گیس اور مائع موثر گرمی اور بڑے پیمانے پر تبادلے کے لیے مکمل طور پر رابطے میں ہیں۔ ابھرتی ہوئی گیس میں کم-ابائلنگ پوائنٹ آکسیجن کا مواد مسلسل بڑھتا جا رہا ہے، اور ہائی-ابلنگ پوائنٹ جزو آکسیجن کو بڑی مقدار میں دھو کر ریفلوکس مائع بنایا جاتا ہے، اور آخر میں کم-پوائنٹ پوائنٹ خالص نائٹروجن حاصل کیا جاتا ہے، اور زیادہ سے زیادہ-بلائنگ پوائنٹ کے اوپری حصے میں آکسیجن حاصل کی جاتی ہے۔ آکسیجن ٹاور کے نیچے سے حاصل کی جاتی ہے۔
VI اسٹوریج اور بخارات کا بیک اپ سسٹم
فریکشن شدہ مائع آکسیجن، مائع نائٹروجن اور مائع آرگن کو ذخیرہ کریں، بخارات بنائیں اور بھریں۔ اہم سامان میں کرائیوجینک مائع اسٹوریج ٹینک، واپورائزر، بوتل بھرنے والا پمپ، فلنگ پلیٹ فارم وغیرہ شامل ہیں۔
کم-پریشر آکسیجن اور نائٹروجن مصنوعات: پروڈکٹ کو ریگولیٹ کرنے والے والو اور وینٹنگ فلو پاتھ کو سیٹ کریں، سائلنسر میں وینٹ کریں (نائٹروجن کے اندرونی حصے کاربن سٹیل ہیں، آکسیجن کے اندرونی حصے سٹینلیس سٹیل ہیں)۔
گندا نائٹروجن: پانی کے کولنگ ٹاور کی طرف نکلنے کے لیے سیٹ (گندے نائٹروجن کو نکالنے کے لیے، دوبارہ پیدا ہونے والی گیس مختص کریں اور اوپری ٹاور کے دباؤ کو ایڈجسٹ کریں)۔ پانی کے کولنگ ٹاور کا قطر خارج ہونے والی ضروریات کو پورا کرنے کے لیے ضروری ہے۔ خاص طور پر جب نائٹروجن متعارف کرایا جاتا ہے، اوپری ٹاور کا دباؤ نہیں بڑھایا جا سکتا۔ واٹر کولنگ ٹاور کی مزاحمت 6kPa (8-میٹر اونچی پیکنگ) ہے، پائپ لائن اور والو 4kPa ہیں، اور فضا میں دباؤ کا فرق 2kPa ہے، کل 12kPa۔
ہائی پریشر آکسیجن کی مصنوعات: دو-اسٹیج تھروٹلنگ وینٹنگ کے لیے استعمال ہوتی ہے۔ سب سے پہلے، ہائی-پراڈکٹ گیس کو 10barG پر تھروٹل کیا جاتا ہے، ایک سنکی ریڈوسر سے گزرتا ہے، درمیان میں ایک مونیل شور کم کرنے والی پلیٹ سیٹ کی جاتی ہے، اور پھر پائپ لائن کا قطر ایک سنکی ریڈوسر کے ذریعے بڑھایا جاتا ہے۔ آکسیجن کے درمیانے بہاؤ کی شرح کو 10m/s سے نیچے کنٹرول کیا جاتا ہے، اور پھر اسے گلا گھونٹ کر مفلر ٹاور میں نکالا جاتا ہے۔ مفلر عنصر سٹینلیس سٹیل ہے.
ہائی پریشر نائٹروجن پروڈکٹس: نائٹروجن پروڈکٹس کو پہلے 10 بار پر تھروٹل کیا جاتا ہے، سٹینلیس سٹیل کے شور کو کم کرنے والی پلیٹ سے گزرتے ہیں، اور پھر تھروٹلنگ اور وینٹنگ کے لیے مفلر ٹاور میں جاتے ہیں۔ مفلر عنصر کاربن سٹیل ہے.
آکسیجن والو: ضروری ہے کہ اسے دستی طور پر نہ چلایا جائے (ریگولیٹنگ والو کو ہینڈ وہیل رکھنے سے منع کیا گیا ہے، اور دستی والو کو دھماکہ-پروف وال کے اندر رکھا گیا ہے)۔
