کاربرد مخلوط‌های گازی در صنایع مختلف

مخلوط‌های گازی ترکیباتی هستند که از دو یا چند گاز با نسبت‌های مشخص شده تشکیل می‌شوند و در صنایع مختلف به دلیل ویژگی‌های خاص‌شان کاربرد دارند. از جمله مهم‌ترین این کاربردها می‌توان به استفاده در صنایع پزشکی، غذایی، نفت و گاز و الکترونیک اشاره کرد. شناخت انواع میکس گازها و خصوصیات هر یک، می‌تواند کمک کند تا از وقوع خطرات احتمالی جلوگیری شود. در این مقاله به بررسی کاربرد مخلوط‌های گازی و انواع مختلف آن‌ها می‌پردازیم.

 کاربرد در پزشکی

در صنایع پزشکی، مخلوط‌های گازی نقش بسیار مهمی ایفا می‌کنند. برای نمونه، در اتاق‌های عمل از ترکیب‌هایی مانند اکسید نیتروژن و اکسیژن به عنوان گاز بیهوشی استفاده می‌شود. همچنین، ترکیب گازهای هلیوم و اکسیژن در درمان‌های تنفسی برای بیماران مبتلا به مشکلات ریوی به کار می‌رود؛ زیرا این ترکیب به کاهش مقاومت و التهاب مسیرهای تنفسی کمک می‌کند. گازهایی چون دی‌اکسید کربن و اکسیژن نیز در برخی دستگاه‌های پزشکی در جهت تنظیم فشار خون و اکسیژن ‌رسانی بهتر به بدن بیمار مورد استفاده قرار می‌گیرند.

 کاربرد در صنایع غذایی

یکی از کاربردهای عمده ترکیبات گازی در بسته‌بندی مواد غذایی است. گازهایی مانند نیتروژن و دی‌اکسید کربن به عنوان گازهای حفاظتی استفاده می‌شوند تا کیفیت و ماندگاری مواد غذایی افزایش یابد. نیتروژن به عنوان گازی بی‌اثر، اکسیژن موجود در بسته‌بندی‌ها را کاهش می‌دهد و از این طریق مانع اکسیداسیون و رشد میکروب‌ها می‌شود. دی‌اکسید کربن نیز به کاهش pH در بسته‌بندی کمک می‌کند و در نتیجه شرایطی را فراهم می‌سازد که برای رشد باکتری‌های مضر مناسب نیست.

کاربرد مخلوط‌های گازی در صنایع نفت و گاز

در صنایع نفت و گاز، به منظور افزایش تولید و بهبود فرآیندهای استخراج از مخلو‌های گازی مختلفی استفاده می‌شود. تزریق مخلوط‌های گازی مانند نیتروژن، دی‌اکسید کربن و هیدروژن سولفید به مخازن نفتی باعث افزایش فشار و در نتیجه بهبود جریان نفت می‌شود؛ به علاوه این ترکیبات در پالایشگاه‌ها برای خالص‌سازی محصولات نفتی و کنترل آلاینده‌های خروجی به کار می‌روند.

 کاربرد در صنایع الکترونیک

ترکیب‌های گازی در ساخت و تولید تجهیزات الکترونیکی مانند نیمه‌هادی‌ها نقش کلیدی ایفا می‌کنند. یکی از کاربردهای مهم این مواد، استفاده از ترکیب‌ هیدروژن و نیتروژن در مراحل تمیزکاری و پوشش‌دهی سطح‌های بسیار حساس مانند تراشه‌های الکترونیکی است؛ همچنین، گازهایی مانند هگزافلورید گوگرد و اکسید نیتروژن نقش مهمی در قطع قوس الکتریکی دارند.

 کاربرد مخلوط‌های گازی در صنایع شیمیایی

در این صنایع، مخلوط‌های گازی به عنوان ماده اولیه برای تولید ترکیبات مختلف یا به عنوان عامل واکنش‌دهنده در فرآیندهای گوناگون به کار می‌روند. مخلوط‌های هیدروژن و نیتروژن برای تولید آمونیاک، که ماده اولیه بسیاری از کودهای شیمیایی است، مورد استفاده قرار می‌گیرند. علاوه بر این در فرآیندهای کاتالیستی نیز از مخلوط‌های گازی جهت افزایش سرعت واکنش‌ها استفاده می‌شود.

انواع مخلوط‌های گازی کدامند؟

این ترکیبات را می‌توان بر اساس ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی یا کاربردهای خاص دسته‌بندی کرد. در ادامه، انواع مختلفی از آن‌ها را معرفی می‌کنیم:

مخلوط‌های همگن و ناهمگن

همگن: در این نوع ترکیبات، گازها به صورت یکنواخت با یک‌دیگر ترکیب شده‌اند. بیشتر مخلوط‌های گازی صنعتی و پزشکی مانند اکسیژن و گازهای بیهوشی همگن هستند.

ناهمگن: این نوع کمتر رایج است و شامل مخلوط‌هایی می‌شود که در آن، گازها به صورت یکنواخت پخش نشده‌اند.

مخلوط‌ها بر اساس ترکیب شیمیایی

مخلوط‌های خنثی: این مخلوط‌ها شامل گازهای خنثی و بی‌اثر مانند نیتروژن، آرگون و هلیوم هستند که کاربرد آن‌ها بیشتر در صنایع غذایی و الکترونیک برای حفظ محیط بدون ‌اکسیژن و جلوگیری از اکسیداسیون است.

مخلوط‌های اکسیدکننده: این ترکیبات شامل گازهایی است که اکسیژن دارند؛‌ مانند نیتروژن اکسیدها و دی‌اکسید کربن که به طور عمده در پزشکی و آزمایشگاه‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند.

مخلوط‌های احیاکننده: این مدل از ترکیبات شامل گازهایی مانند هیدروژن و منوکسید کربن هستند و در فرآیندهای کاتالیستی و صنایع شیمیایی کاربرد دارند.

مخلوط‌های گازی محافظتی: شامل گازهای خنثی هستند که در جوشکاری و برش‌های فلزی به عنوان لایه محافظ استفاده می‌شوند تا از تماس فلز با اکسیژن و نیتروژن هوا جلوگیری کنند.

مخلوط‌های گازی آزمایشگاهی و کالیبراسیون: مخلوط‌های خاصی هستند که به عنوان مرجع برای کالیبراسیون دستگاه‌ها در آزمایشگاه‌ها استفاده می‌شوند.

مزایا استفاده از مخلوط‌های گازی در جوشکاری

ترکیبات گازی مورد استفاده در جوشکاری متفاوت هستند زیرا هرکدام خواص و ویژگی‌های منحصر به فردی دارند. به عنوان مثال ترکیباتی که دارای درصد بالایی از اکسیژن هستند، برای جوشکاری فولاد کربنی کاربرد دارند، اما مخلوط‌هایی که میزان آرگون آن‌ها بالاست برای جوشکاری آلومینیوم استفاده می‌شوند. به طور کلی کاربرد مخلوط‌های گازی دارای مزایای زیادی هستند که در ادامه با آن‌ها آشنا می‌شویم:

محافظت از اکسیداسیون

ترکیبات گازی، به ویژه آرگون و هلیوم، به دلیل خنثی بودن، مانع از ورود اکسیژن و رطوبت به حوضچه جوش می‌شوند. این ویژگی‌ها به کاهش اکسیداسیون و جلوگیری از آلودگی سطح جوش کمک می‌کنند که نتیجه، کیفیت بالای جوش و دوام بیشتر آن است.

کاهش هزینه‌ها

در بسیاری از موارد، استفاده از مخلوط‌های گازی به جای گازهای خالص می‌تواند به صرفه‌جویی در هزینه‌ها کمک کند. برای مثال، دی‌اکسید کربن به عنوان گازی ارزان‌تر نسبت به آرگون به کار می‌رود و می‌تواند به کاهش هزینه‌های کلی جوشکاری منجر شود.

افزایش سرعت جوشکاری

برخی مخلوط‌های گازی، به ویژه آن‌هایی که هلیوم دارند، می‌توانند حرارت بیشتری را به حوضچه جوش منتقل کنند و در نتیجه سرعت جوشکاری را افزایش دهند. این ویژگی می‌تواند بهره‌وری تولید را بهبود بخشد و زمان مورد نیاز برای تکمیل پروژه‌ها را کاهش دهد.

معایب استفاده از مخلوط‌های گازی در جوشکاری

کاربرد مخلوط‌های گازی در جوشکاری با چالش‌هایی هم رو به رو است که به شرح زیر است:

• برای استفاده از آن‌ها، نیاز به تجهیزات خاصی مانند مخازن ذخیره‌سازی، رگلاتورهای فشار و سیستم‌های کنترل دما و جریان است.
• برخی گازها مانند هیدروژن و نیتروژن می‌توانند خطرات جدی به وجود آورند. نشت این گازها ممکن است انفجار یا مسمومیت را به همراه داشته باشد.
• گاهی اوقات کنترل نسبت‌های دقیق مخلوط‌های گازی به خصوص در محیط‌های صنعتی دشوار است. این مشکل کاهش کیفیت محصولات نهایی را به دنبال دارد.
• برخی از مخلوط‌های گازی مانند اکسیدهای نیتروژن شامل گازهای سمی یا مضر هستند.
• اگرچه میکس گازها می‌توانند هزینه‌ها را کاهش دهند، اما در موارد خاص، هزینه‌های مربوط به ذخیره‌سازی، کنترل و استفاده از گازهای خاص ممکن است به افزایش هزینه‌ها منجر شود.
• برخی مخلوط‌های گازی ممکن است در شرایط خاص، مانند دما و فشارهای بالا، ناپایدار باشند و واکنش‌های ناخواسته‌ای ایجاد کنند. این ناپایداری باعث کاهش کیفیت محصولات و افزایش خطرات در فرآیندهای صنعتی می‌شود.

سخن پایانی

مخلوط‌های گازی به دلیل خواص متنوعی که دارند، در صنایع مختلف جایگاه ویژه‌ای پیدا کرده‌اند. این ترکیبات در پزشکی برای بهبود سلامت بیماران، در صنایع غذایی برای حفظ کیفیت مواد غذایی، در صنعت نفت و گاز برای افزایش تولید، در الکترونیک برای تولید تجهیزات پیشرفته و در صنایع شیمیایی برای تولید محصولات مختلف کاربرد دارند.