ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Физические основы разделения воздуха из "Процессы и аппараты кислородного и криогенного производства " Состав воздуха. Атмосферный воздух представляет собой смесь нескольких газов (табл. 1), не связанных между собой химически. [c.39] Содержание редких газов в воздухе мало, однако в настоящее время их широко применяют в разных отраслях народного хозяйства. Поэтому, несмотря на малое содержание их в воздухе, при получении кислорода и азота их попутно извлекают, очищают от примесей и используют по назначению. [c.39] В последнее время возрос интерес к проблеме применения кислорода или воздуха, обогащенного кислородом (30. .. 40 % О2), для интенсификации технологических процессов в черной и цветной металлургии, кислорода и азота в химической промышленности, кислорода для газопламенного бурения твердых пород, в микробиологии, для газовой сварки. [c.39] Атмосферный воздух содержит ряд примесей, вредных для процесса глубокого охлаждения механические частицы (пыль, сажа и др.), пары воды, двуокись углерода, предельные и непредельные углеводороды, сероуглерод, окислы азота и др. От этих примесей воздух очищают в специальных устройствах перед подачей его в воздухоразделительный аппарат. [c.39] Давление и состав насыщенного пара, находящегося в равновесии с кислородно-азотной жидкостью, зависит от состава жидкости и температуры. Содержание кислорода в газовой фазе всегда значительно ниже содержания его в жидкости, так как кислород и азот при одинаковой температуре имеют различные давления насыщенного пара. При одинаковой температуре давление насыщенных паров азота в несколько раз выше давления насыщенных паров кислорода (рис. 33). В жидкости всегда содержится больше кислорода, чем в паре, а в паре — больше азота, чем в жидкости. Другими словами, азот как более летучая часть жидкости переходит в пар в большем количестве, чем кислород, который остается преимущественно в жидкости. [c.40] Минимальная работа разделения газовых смесей. Воздух и другие газовые смеси разделяют на составные части разными методами. Промышленное значение для разделения воздуха на кислород, азот, аргон, криптон, ксенон, неон имеет метод низкотемпературной ректификации, основанный на различии составов находящихся в равновесии жидких и паровых смесей. Если процесс смешения газов протекает без воздействия на него внешних сил, то обратный процесс (разделения газовой смеси на отдельные компоненты) сам совершаться не может и требует затраты энергии. При смешении газов происходит увеличение энтропии (необратимый процесс). [c.40] Различия в содержании отдельных компонентов в воздухе и в температуре их кипения влияют на процесс низкотемпературной ректификации. [c.40] Ректификация воздуха — это многократно повторяющийся процесс конденсации менее летучего компонента (кислорода) и испарение более летучего компонента (азота) в слоях жидкой смеси азота и кислорода, находящейся на тарелках ректификационной колонны. [c.40] Если рассматривать воздух как идеальную бинарную смесь, то удельная минимальная работа для получения 1 моля чистого кислорода составит 5960 Дж. [c.41] Равновесные кривые в координатах х—у и Т—х—у. При заданных давлении и температуре состав пара над жидкостью является строго определенным и зависит только от состава жидкости. В этом случае пар и жидкость находятся в равновесном состоянии. Если нарушить это равновесие, то изменится состав жидкой и паровой фаз. [c.41] Для определения зависимости между равновесными содержаниями компонентов смеси в жидкости и паре пользуются графиком (рис. 34). По оси абсцисс откладывают концентрацию компонентов в жидкости X, а по оси ординат — концентрацию этого же компонента в паре у. [c.41] Например, если концентрация азота в жидкости 78 % (см. рис. 34) при давлении 0,1 МПа, то в паре над жидкостью его будет содержаться 93 % (точка А). С увеличением давления содержание низкокипящего компонента (азота) в паре уменьшается, а высококипящего (кислорода) увеличивается. При давлении 0,5 МПа концентрация азота в паре 90 % (точка Б), при давлении 3 МПа — 85 % (точка В). [c.41] При повышении давления кислородно-азотной смеси концентрация Л 2 и О2 в паре стремится к концентрации их в жидкости. Если нарушить равновесие системы, отбирая пар над жидкостью, то жидкость будет обогащаться кислородом, а азот, как наиболее летучий компонент, станет переходить в пар. Температура жидкой фазы повысится эта температура будет тем выше, чем больше давление жидкости. [c.41] ЖИДКОСТИ концентрация азота в жидкости уменьшается. Отрезок прямой АБ показывает разность концентраций азота в паре и жидкости. Эта разность наибольшая, когда в жидкости содержится 30. .. 40 % N0. [c.42] С увеличением давления жидкости разность содержания азота Б жидкой и паровой фазах (отрезок А Б) уменьшается, а при критическом давлении она равна нулю (рис. 36). Следовательно, процесс разделения (ректификацию) выгоднее проводить при более низком давлении, так как при этом разность (отрезок А Б) между жидкой и паровой фазами будет больше. [c.42] Номограмма Т—р—/—х—у для равновесной азотно-кислородной смеси. При расчетах аппаратов воздухоразделительных установок используют номограмму, составленную Гершем и Цеханским для азотно-кислородной смеси (рис. 37). Номограмма состоит из двух частей (области жидкости и пара). В правой части номограммы нанесены изобары и линии постоянных концентраций для пара, в левой — для жидкости. По номограмме можно определить концентрацию пара, жидкости и их энтальпию по известным Т и абсолютному давлению. [c.42] Пример 1. Определить давление, температуру и концентрацию азота в паре и жидкости, если концентрация кислорода в жидкости 56 %, энтальпия 1 кмоля жидкости 6300,0 кДж. [c.43] На оси абсцисс в области жидкости находим энтальпию 6300,0 кДж, проводим вертикальную линию до пересечения с наклонной линией концентраций кислорода в жидкости. Через точку пересечения проводим горизонтальную прямую до оси ординат — определяем Т = 90 К. По кривой давлений, проходящей через эту точку, определим р = 0,2 МПа. ТЛродолжая горизонтальную линию в область пара до пересечения с кривой давления р = 0,2 МПа, находим концентрацию кислорода в паре 25 % и энтальпию 1 кмоля пара 10 227 кДж. [c.43] Вернуться к основной статье