A SEPARAREA AERULUI. Se efectuează în scopul separării de aerul O2. N2 și gaze nobile. Aplicate metodele criogenice, adsorbție și difuzie. Cele două din urmă, în ciuda anumitor avantaje, au o distribuție limitată din cauza dificultății de a crea o divizare. instalații de mare productivitate.
Metoda criogenică. Separarea aerului se efectuează cu rezervoare criogenice (sub - 150 ° C) în așa numitele. separarea aerului. instalații (ASU) prin rectificare; aerul este lichefiat preliminar. Teoretic, min. lucrările necesare pentru separarea aerului, într-un proces reversibil este determinată numai de starea inițială a aerului și starea finală a produselor de separare: Lmin = unde T - t-ra mediu -change entropia sistemului. Acțiuni. consumul de energie în ASP este mult mai mare, ceea ce se explică prin pierderea frigului pentru mediu. sub-recuperare (ireversibilitatea schimbului de căldură între aer și produse de separare), hidraulică. rezistențe și alte. Astfel, consumul de energie pentru 1 m 3 99,5% O2 de sodiu atinge 0,38-0,42 kWh, în timp ce LMIH = 0,067 kWh.
În atm. aerul poate prezenta prezența hidrocarburilor (acetilenă, propilenă, propan etc.) care se solidifică în rezervoare criogenice și formează amestecuri explozive cu O2 lichid. Prin urmare, pentru a asigura siguranța explozivă completă a ASP, sisteme de purificare a aerului și produse de separare de org. impurități. distilarea aerului se realizează de obicei într-o unitate cu dublă acțiune, să-ing este format din două dispuse una deasupra celelalte coloane (Fig. 1), cu reglaj integrat sau la distanță între ele condensator-vaporizator. Spațiul tubului celui din urmă comunică cu fundul. o coloană și în ea fumuri de condens de azot. formând un reflux pentru ambele coloane. Spațiul intertubular al condensatorului comunică cu partea superioară. coloană, fiind atât cubul, cât și vaporizatorul. Presiunea din coloana superioară (0,14 MPa) este determinată în linia de bază. secțională hidraulică. rezistența, la secară trebuie să depășească produsele de separare, retrase din ASP. Presiune în partea de jos. coloană (0,55 MPa) corespunde celei de-a treia condensări a vaporilor de azot cu oxigen lichid. fierbere în partea superioară a cubului. coloană. Diferența de presiune dintre tub și spațiul inelar al condensatorului corespunde diferenței de presiune între 2,5 ° C Presiune. necesare pentru proces, este determinată de capacitatea de răcire necesară, de starea agregată a produselor de separare și de pierderile ireversibile de mai sus. În concordanță cu aceasta distinge ASP de joasă și medie presiune.
Fig. 1. Aparatura de rectificare dublă. 1, 2-rectificare. coloană; 3 - condensator-vaporizator.
HPP cu presiune scăzută (figura 2) este utilizată pentru a produce produse de separare gazoasă. Îndepărtat de blană. Aerul este comprimat de compresor la presiune. 0,55 MPa, iar capacitatea de răcire necesară este atinsă prin extinderea unei părți din turboexpander la presiune. 0,14 MPa. În conformitate cu această schemă, fondatorul căreia era P. L. Kapitsa, majoritatea tatălui major se construiesc. și străine ASU. Factorul decisiv care a determinat posibilitatea creării acestora a fost dezvoltarea de către PL Kapitza a unui turboexpander cu jet de mare eficiență.
Fig. 2. Diagrama schematică a unei unități de separare a aerului de joasă presiune. 1-turbocompresorului; Frigider cu 2 terminale; 3 schimbătoare de căldură reversibile; 4-turboexpandoare; 5, 7-resp. rectificarea inferioară și superioară. coloană; 6-condensator-vaporizator; 8, 9-coolere conform refluxul de azot și lichidul îmbuteliat. 10-Adsorbant; 11 și 12, respectiv 13-valve. automatizarea și comutarea fluxului forțat.
Aerul comprimat din compresor este apoi răcit de produsele de separare la-170 ° C în comutarea regeneratoarelor sau schimbătoarelor de căldură cu plăci reversibile. Simultan cu scăderea temperaturii aerului, vaporii de apă și CO2 conținute în acesta sunt înghețate. Impuritățile solidificate sunt sublimate și scoase în timpul recuperării frigului prin produsele de separare și prin comutarea adecvată a schimbătoarelor de căldură. Data viitoare
Fig. 3. Diagrama schematică a unei unități de separare a aerului de presiune medie. 1 compresor; Frigider cu 2 terminale; 3, 6-resp. schimbătoare de căldură primare și principale; Separator de 4 umidități; Adsorbți complexi cu 5 blocuri. purificarea aerului; 7 - expander; 8-lichidator de schimbător de căldură; 9, 11-resp. rectificarea inferioară și superioară. coloană; 10-condensator-vaporizator; 12, 13-coolere conform refluxul de azot și lichidul îmbuteliat; Supapa cu 14 clapete.
aerul este adsorbit. purificare din acetilena și alte impurități explozive și este împărțită în trei fluxuri. Primul (cea mai mare parte a aerului) intră în diviziune în partea de jos. coloană. Al doilea este încălzit în schimbătoare de căldură și amestecat cu un al treilea flux; Amestecul după expansiune în turbo-expander este trimis în divizia superioară. coloană. În partea de jos. este precedată coloana. rectificarea aerului la 97,0-99,9% N2 și lichid. conținând 36-40% O2; acesta din urmă este în cele din urmă împărțit în N2 și O2 cu concentrația necesară în partea superioară. coloană. In ambele coloane, ca rezultat al schimbului de masă între vaporii ascendentă în sus N2 și O2 și temperatura de reflux care curge în jos cuplu de azot (N2 lichid) îmbogățit (O2 condensează cu punct de fierbere ridicat), și-oxigen lichid (vaporizat N2 cu punct de fierbere scăzut). În acest caz, azotul este îndepărtat din partea de sus. coloanele de sus și oxigenul din cubul său.
VRU de presiune medie (figura 3) este utilizat pentru a prepara produse de separare lichidă. In aceste plante, în contrast cu presiune joasă ASP cele mai multe sub presiune (până la 3 MPa sau mai mare) extinderea aerului la 0,55 MPa într-o turbină de detentă, care asigură creșterea necesară a capacității. Separarea aerului se efectuează, de asemenea, într-un aparat de distilare dublă.
Primirea Ag. În separarea aerului, Ar conținut în aer (0,93%) este distribuit între N2 și O2. Când se obține azot pur, cantitatea de Ag este îndepărtată cu oxigen (până la 4%), în timp ce se obține oxigen pur - cu azot (până la 1%). Prezența unui amestec de Ar în N2 și O2 nu este întotdeauna permisă. De exemplu. când NH3 este sintetizat din elemente Ar, în sistem se acumulează un gaz inert, ceea ce reduce presiunea efectivă a procesului. În plus, menținerea conținutului de Ar în ciclu la un nivel acceptabil duce la necesitatea unei retrageri continue (prin purjare) a unei părți din amestecul de azot-hidrogen circulant din sistem. Azotul și oxigenul pur se obțin prin selectarea din partea superioară. coloanele fracțiunii N2-O2-Ar și Ar ca produs dorit - prin rectificarea acestei fracții într-una suplimentară. (figura 4, a). Arul brut, extras din această coloană, conținând 2-5% O2 și 1-2% N2. sunt amestecate (pentru legarea O2) cu hidrogen și supuse purificării din 02 pe un catalizator de paladiu. Din azot și un anumit exces de hidrogen, argonul este eliberat prin rectificare în mod special. (figura 4.6).
Fig. 4. Schema de obținere a argonului. a-bloc pentru recuperarea argonului brut. unde 1. 2-respectiv. rectificarea inferioară și superioară. coloane, 3-complement, coloană, 4-condensator; b-bloc de evoluție a azotului. unde 1-rectificare. coloană, 2 - condensator.
Prepararea de Ne, Cr și Xe. Neonul din amestecul azot-neonogel cu H2 se acumulează sub capacul condensatorului-vaporizator. Mai mult, acest amestec este îmbogățit prin refluxarea în contracurent în spec. concentrator situat deasupra plăcilor. rectificare. coloane într-o colecție de azot lichid. Un amestec de neon și heliu este preluat de sub capacul glugă. Krypton și xenon. acumulate în partea superioară a cubului. coloane, sunt eliberate atunci când se produc cantități mari de oxigen și azot. Amestecul O2-Cr-Xe este separat într-unul suplimentar. coloană, de la cubul la care este preluat lichidul O2. conținând cantități mici de Kr și Xe (așa-numitul concentrat primar). Ne din amestecul de neon-heliu și Kr și Xe din concentratul primar îmbogățit sunt adsorbite. metodă.
Metoda de adsorbție. Pe baza alegerilor. adsorbția moleculelor de disulfură. Gaze. Adsorbție selectivă N2 naib. puternic manifestat în sintetic. zeoliti de tip CaA, în care raportul A = SiO2 / Al2O3 nu depășește 2 și, de asemenea, la aprox. mordenită și clinoptilolită. Forța motrice a procesului este căderea de presiune pe zeolit în timpul adsorbției și desorbției. Adsorbția se realizează, de regulă, la 20-30 ° C și 0,1-0,6 MPa, desorbție la 20-30 ° C, cu o scădere a presiunii la presiunea atmosferică cu cea din urmă. prin spălare cu o parte a produsului sau prin evacuare. Produsul țintă este aerul îmbogățit cu O2 (30-95%). Se formează în fază gazoasă și se scoate din ASU sub aceeași presiune. ca aerul. care intră în diviziune. Un produs care conține până la 80% O2. de obicei produse într-un singur pas, mai concentrate din punct de vedere economic, în două etape. Coeficienți. extracția produsului din aer depinde de gradul necesar de puritate și de presiunea de proces și variază între 0,3 și 0,8; în timp ce consumul de energie este de la 0,2 la 1,0 kWh / m 3 al produsului.
ASE cu adsorbția selectivă a O2 la mediu m-D se utilizează cărbuni activi sită moleculară (de ex. Embers. Obținut prin PVDC carbonizare). Beneficii. adsorbția O2 se datorează unei rate mai mari de difuzie a acestuia în porii cărbunelui. a cărui diametru este comensurabil cu diametrul moleculelor de O2 (2,8-10-10 m). Moleculele mai mari de N2 necesită mult mai mult timp pentru a penetra porii cărbunelui. De exemplu. pentru anumite tipuri de cărbuni saturării volumetrice N2 2 minute după contactul adsorbantului cu aer este de numai 2%, O2 - 40%; în 5 min-resp. 4 și 77%. Ca rezultat al DOS. masa oxigenului este adsorbită și azotul. rămânând în faza gazoasă, este extrasă din adsorbtor sub presiune. 0,1-0,6 MPa ca unul dintre produsele de separare care conțin 0,5-3,0% O2. Apoi, presiunea este redusă la presiunea atmosferică și un alt produs este absorbit-absorbat îmbogățit în oxigen. În acest caz, se obține un produs care conține 50-60% O2 într-un procedeu cu o singură etapă. în două etape - 90-95%. Sp. capacitatea ASU pentru aer îmbogățit ajunge la aprox. 30 m 3 / h pentru 1 m 3 de adsorbant.
Adsorbția. Metoda este utilizată pe scară largă pentru separarea amestecurilor de Ne-He și Kr-Xe. Un amestec care conține până la 50% neon și heliu. curățat preliminar de N2 cu ajutorul cărbunelui activ la temperaturi cuprinse între-190 și -200 ° C și introdus în adsorbant. unde un strat de cărbune este supus unui șoc termic. diviziune. În acest caz, desorbția are loc în mod repetat în straturi încălzite, iar cea de-a doua. adsorbția în frig, ca urmare a faptului că Ne practic îl deplasează pe El de la adsorbitori. faza. În primul rând, aproape El pur, apoi fracțiunea He-Ne și în cele din urmă pură Ne conținând 0,1-0,2% El este îndepărtat de la adsorbant. Coeficienți. extracția lui Ne, în funcție de gradul de puritate al acestuia, este de 0,6-0,8.
Rectificarea criogenică este mai economică decât adsorbția. atunci când se primesc produse de separare la scară largă. Pentru VRU de capacitate mică și medie, metodele de mai sus sunt comparabile în ceea ce privește costurile energiei; pe consumul de metale, simplitatea designului, ușurința întreținerii și posibilitatea automatizării complete a instalațiilor adsorbante. metoda depășește în mod semnificativ redresorul criogenic. separarea aerului.
Metoda difuziei. Aceasta constă în separarea componentelor aerului datorită diferenței dintre coeficienții lor. permeabilitate la gaz prin spec. membrană. Forța motrice a procesului este diferența în presiunile parțiale ale componentelor de aer și ale amestecului de difuzie de pe ambele părți ale membranei. O schemă de aer. fără praf de pe filtru. regizat de un ventilator la atmosfere. presiunea în aparatul cu membrană, unde în zona sub membrană este creat un vid cu ajutorul unei pompe de vid; pe de altă parte - în loc de un ventilator, se folosește un compresor, la care furnizează aerul la dispozitiv la un nivel mai înalt. presiune. În ambele cazuri, aerul din aparat este împărțit în două fluxuri: penetrant (permeat) și nepermeabil (nepermeat) prin membrană. Oxigenul pătrunde prin membrană în mai multe. ori mai rapid decât azotul. prin urmare permeatul este îmbogățit în oxigen. și nepermeabile cu azot.
Metoda de difuzie a aerului de separare a fost găsită practică. Utilizare în cazurile în care sunt necesare cantități relativ mici de aer. moderat îmbogățit cu O2. în terapia cu oxigen medical, in piscicultura bazinele de oxigenare a apei și altele. rezervoare, energie prin arderea combustibililor gazoși (Ch. arr. p. un gaz special. gazeificatoarele pentru conversia directă a energiei termice în energie electrică) la biol. tratarea apei uzate. în urban x-ve în timpul arderii deșeurilor menajere etc. N2O de 90-97% obținută prin această metodă este utilizată pentru a crea un mediu inert în multe tehnologii chimice. precum și în timpul depozitării și transportului substanțelor combustibile și explozive, în timpul depozitării fructelor. legume, semințe etc. Vezi și gazul de protecție.
Separarea aerului cu ajutorul membranelor se efectuează în mod continuu, cu mediul fără transformări de fază. împreună cu simplitatea designului hardware determină economia acestei metode. A se vedea și procedeele de separare cu membrane.
===
App. literatură pentru articolul "SEPARAREA AERULUI". Separarea aerului prin răcire profundă, ed. VI Epifanova, L.S. Axelrod, ediția a 2-a. t. 1-2, M. 1973; HvangS.-T. Kammermeier K. Procedeele de separare a membranelor. per. cu engleza. M. 1981; Belyakov V. P. Tehnologia și tehnologia criogenică, M. 1982; Keltsev NV Bazele tehnicilor de adsorbție, 2 ed. M. 1984. VP Belyakov.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: