ویژگی گاز هلیوم
گاز هلیوم به طور طبیعی در جو زمین وجود دارد، اما غلظت آن بسیار کم است، حدود 0.00052% از حجم کل جو. بنابراین، برای تولید گاز هلیوم تجاری، باید آن را از سایر گازهای موجود در هوا جدا کرد.
ساخت گاز هلیوم
یک روش رایج برای جداسازی گاز He از هوا استفاده از فرآیندی به نام تقطیر جزء به جزء است. در این فرآیند، هوا ابتدا به دمای بسیار پایین سرد می‌شود. در این دما، گازهای مختلف موجود در هوا به مایع تبدیل می‌شوند. این گاز، که نقطه جوش بسیار پایینی دارد (-269 درجه سانتیگراد)، به سرعت به مایع تبدیل می‌شود. مایع هلیوم سپس از مایع سایر گازهای موجود در هوا جدا می‌شود و به عنوان محصول خالص جمع‌آوری می‌شود.
روش دیگری که برای جداسازی این گاز از هوا استفاده می‌شود، استفاده از فرآیندی به نام جذب مولکولی است. در این فرآیند، هوا از طریق یک بستر جاذب عبور می‌کند. هلیوم به راحتی توسط بستر جاذب جذب می‌شود، در حالی که سایر گازهای موجود در هوا به راحتی از بستر جاذب عبور می‌کنند. He سپس از بستر جاذب برداشته می‌شود و به عنوان محصول خالص جمع‌آوری می‌شود.
این گاز تولید شده توسط هر یک از این فرآیندها معمولاً دارای خلوص 99.99% است. گاز He با خلوص بالاتر نیز موجود است، اما تولید آن گران‌تر است.
کاربردهای گاز هلیوم
مصرف در پزشکی، مانند تصویربرداری پزشکی:به عنوان گاز حامل در فناوری نانو استفاده می شود. این گاز به انتقال مواد در مقیاس نانو کمک می کند.
بکار رفتن در صنعتی، مانند جوشکاری و برش فلزات و تولید مواد شیمیایی:هلیوم به عنوان ماده اولیه برای تولید برخی از مواد شیمیایی استفاده می شود
در موارد علمی، مانند آزمایش‌های فیزیک و شیمی
غواصی: هلیوم به عنوان گاز مخلوط با اکسیژن برای غواصی در آب های عمیق استفاده می شود. این گاز از ایجاد بیماری عصبی ناشی از فشار زیاد در غواص جلوگیری می کند.
بالون هابی تفریحی و تحقیقاتی:هلیوم به دلیل سبک تر بودن از هوا، برای پر کردن بالن ها و بادکنک ها استفاده می شود.ساخت گاز هلیوم موضوع قابل توجهی است.
تقطیر جز به جز
تقطیر جز به جزء یک فرآیند فیزیکی است که برای جداسازی موادی با نقطه جوش نزدیک به هم استفاده می‌شود. در این فرآیند، مخلوط مواد به تدریج گرم می‌شود و هر ماده در دمای جوش خود تبخیر می‌شود. بخارات هر ماده سپس سرد می‌شوند و به مایع تبدیل می‌شوند. مایعات مختلف را می‌توان با استفاده از این روش از هم جدا کرد.
جداسازی هلیوم در فرایند تقطیر
برای جداسازی گاز هلیوم از هوا، از فرآیند تقطیر جز به جزء هوای مایع استفاده می‌شود. در این فرآیند، هوا ابتدا به دمای بسیار پایین سرد می‌شود تا به حالت مایع تبدیل شود. سپس، هوای مایع به آرامی گرم می‌شود. هر ماده در هوای مایع در دمای جوش خود تبخیر می‌شود. بخارات هر ماده سپس سرد می‌شوند و به مایع تبدیل می‌شوند. این گاز، که نقطه جوش بسیار پایینی دارد (269- درجه سانتیگراد)، به سرعت به مایع تبدیل می‌شود. مایع هلیوم سپس از مایع سایر گازهای موجود در هوا جدا می‌شود و به عنوان محصول خالص جمع‌آوری می‌شود.
در ادامه یکی از روش های ساخت گاز هلیوم توضیح داده می شود.
مراحل فرآیند تقطیر جز به جزء گاز He
- **تهیه هوای خام**
اولین مرحله در فرآیند تقطیر جز به جزء این گاز، تهیه هوای خام است. هوا معمولاً از جو زمین جمع‌آوری می‌شود. سپس، هوای خام از طریق یک فیلتر عبور می‌کند تا از ذرات و سایر آلودگی‌ها پاک شود.
- **خنک کردن هوا**
در مرحله دوم، هوا به دمای بسیار پایین سرد می‌شود. این کار معمولاً با استفاده از یک مبرد انجام می‌شود. دمای هوای سرد شده باید به اندازه‌ای پایین باشد که همه گازهای موجود در هوا به حالت مایع تبدیل شوند.
- **تقطیر**
در مرحله سوم، هوای مایع به آرامی گرم می‌شود. هر ماده در هوای مایع در دمای جوش خود تبخیر می‌شود. بخارات هر ماده سپس سرد می‌شوند و به مایع تبدیل می‌شوند. He ، که نقطه جوش بسیار پایینی دارد (-269 درجه سانتیگراد)، به سرعت به مایع تبدیل می‌شود. مایع هلیوم سپس از مایع سایر گازهای موجود در هوا جدا می‌شود و به عنوان محصول خالص جمع‌آوری می‌شود.
- **جمع‌آوری هلیوم**
مرحله آخر در فرآیند تقطیر جز به جزء این گاز، جمع‌آوری He است. مایع هلیوم معمولاً در یک مخزن بزرگ جمع‌آوری می‌شود. سپس، هلیوم به صورت مایع یا گاز به مشتریان تحویل داده می‌شود.
فرآیند تقطیر جز به جزء گاز He یک فرآیند پیچیده و پرهزینه است. با این حال، این فرآیند تنها روش عملی برای تولید گاز He خالص در مقادیر زیاد است.
