ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Влияние аргона на процесс ректификации воздуха из "Аппараты и установки для производства аргона" Значительное содержание в воздухе и промежуточное положение аргона по летучести и температуре кипения между кислородом и азотом обусловливают существенное влияние его на процесс ректификации в воздухоразделительных аппаратах. При этом затруднено не только получение чистого кислорода и азота, но и извлечение самого аргона. [c.24] Игнорирование содержания аргона в воздухе, т. е. рассмотрение последнего как бинарной кислородно-азотной смеси при расчетах процесса ректификации, приводит к неправильному определению числа тарелок и неправильному определению мест вводов и выводов потоков. [c.24] В процессе ректификации воздуха по мере обогащения смеси азотом аргон выступает в качестве высококипящего компонента, и поэтому естественно нарастание его концентрации по мере движения сверху вниз. В то же время в нижних частях колонны, где преобладающим компонентом является кислород, аргон выступает в качестве низкокипящего компонента, отсюда повышение концентрации аргона по мере подъема паров снизу вверх. [c.24] Для иллюстрации этого положения приведены графики на рис. 7. Как видно из этих графиков, концентрационные напоры на тарелках колонн при получении технологического кислорода мало изменяются под влиянием аргона. Это обстоятельство позволяет сделать следующий вывод при получении технологического кислорода с концентрацией около 96% воздух без большой погрешности для расчетов может рассматриваться как бинарная смесь, а значительное в этих случаях флегмовое число может быть даже понижено для повышения экономичности процесса ректификации при получении кислорода с концентрацией более 96% и особенно технического кислорода совершенно необходимо при расчетах учитывать влияние аргона, т. е. рассматривать воздух как тройную смесь кислород— аргон—азот. [c.25] Следует учитывать также, что резкое уменьшение флег-мового числа в данном случае приведет к неизбежному повышению содержания кислорода в отходящем азоте. [c.25] Естественно, нельзя рассчитывать процесс ректификации без учета влияния аргона при извлечении его из воздуха. Извлечение аргона возможно на аппаратах как двукратной, так и однократной ректификации. В то же время следует подчеркнуть существенное различие в работе воздухоразделительных аппаратов на режиме без отбора аргонной фракции и с отбором аргонной фракции. [c.25] Кроме того, была установлена зависимость между содержанием кислорода в отходящем азоте и обогащением аргона было показано также, что накопление аргона в определенной зоне колонны однократной ректификации принципиально тем больше, чем ближе состав дистиллята — отходящего газа (правда, до известного предела) к составу пара, равновесного жидкому воздуху. При этом, если концентрация отходящего азота по кислороду равна 6,15% О2 (по Гаузену — равновесие), то содержание аргона в дистилляте равно 0,42%, содержание аргона в кислороде — около 3,6%, а накопление аргона в соответствующих сечениях колонны — максимальное (теоретически процесс направляется в сторону чистого аргона). Поскольку непрерывное обогащение фаз по мере движения вниз по колонне возможно лишь при определенном концентрационном напоре, состав дистиллята должен отличаться от состава пара, равновесного жидкому воздуху. Поэтому в действительно работающей колонне однократной ректификации с конечным числом тарелок трудно добиться снижения содержания кислорода в отходящем газе менее 8—9%. [c.26] В нашей стране в эксплуатации находятся установки типа ТК-200 для получения жидкого кислорода, работающие по циклу акад. П. Л. Капицы и созданные в свое время при его непосредственном участии. [c.26] По условиям расчета отбор аргонной фракции был осуществлен не из сечения с максимальным содержанием аргона, а из сечения, в котором содержание азота было бы минимальным, практически равным нулю. [c.27] Расчетным путем было установлено, что снижение концентрации получаемого кислорода, т. е. повыщение содержания в нем аргона, приводит к более значительному накоплению аргона в отгонной секции колонны. [c.27] Нижняя колонна аппарата двукратной ректификации. Теоретическое исследование влияния аргона на процесс ректификации воздуха в нижней колонне впервые было проведено Гаузеном. Результаты этих исследований опубликованы в упоминавшейся выше статье. Так же как и для колонны однократной ректификации, Гаузен вычислил зависимость между содержанием комлонентов в продуктах разделения и флегмовым числом и составил график, позволяюший по составу кубовой жидкости и содержанию кислорода в жидком азоте определить содержание аргона в последнем. Однако точность этого графика в настоящее время не может быть признана достаточной по указанным выше причинам. [c.28] Теоретические и экспериментальные исследования по распределению компонентов в нижней колонне проводились в последние годы во ВНИИкимаше [38]. Аргон практически не влияет на процесс ректификации в нижней колонне, хотя некоторое накопление его по высоте колонны и наблюдается. Прк обычном для нижних колонн числе тарелок, равном 24, максимальное содержание аргона не превышает 1,5% в паре и 2,5% в жидкости. Столь незначительное увеличение концентрации аргона в смесях по высоте нижней колонны объясняется тем, что в ней не происходит полного разделения воздуха на компоненты, а содержание азота в жидкой и паровой фазах остается значительным по всей высоте колонны. Относительно большое содержание аргона в жидкости именно тем и объясняется, что-аргон, так же как и кислород, по всей высоте колонны выступает в качестве высококипящего компонента. [c.28] Характер распределения компонентов по высоте нижней колонны, состоящей из одной отгонной секции, показан на рис. 9. Этот график был построен на основании теоретических расчетов, а точки, соответствующие опытным данным, получены в результате экспериментальных исследований на стендовой установке ВНИИкимаша КГ-30. Колонна в данном случае была снабжена 18 5-образными тарелками диаметром 200 мм расстояние между тарелками равнялось 60 Л1м. Пробы пара отбирались с тарелок 5 и /7, а жидкости — с тарелок 7 -а 15 (при отсчете сверху вниз) кроме того, определялось содержание компонентов в азотной флегме и кубовой жидкости. Из графика видно, что расчетные данные по распределению компонентов достаточно хорошо согласуются с опытными. [c.28] Расчет процесса ректификации в нижней колонне не представляет особых трудностей, поскольку при определенном состоянии вводимого воздуха флегмовое число однозначно определяется концентрацией кислорода в продуктах разделения колонны — азотной флегме и кубовой жидкости. [c.29] Поскольку в подобных установках обычно не предусматривается отбор аргонной фракции, накопление аргона на тарелках отгонной и особенно концентрационной части верхней колонны может быть весьма значительным (более 20%). [c.30] Учитывая влияние аргона на процесс ректификации, в этом случае рекомендуется вводить кубовую жидкость в более низкое сечение колонны, соответствующее содержанию кислорода от 60 до 70%. В этом случае число тарелок, зависящее в значительной мере от флегмовых чисел, будет минимальным при обеспечении заданных концентраций кислорода и азота. Определение числа теоретических тарелок должно производиться расчетом в диаграммах равновесия тройной смеси кислород— аргон—азот. [c.30] В установках для получения технологического кислорода с целью увеличения экономичности процесса разделения флегмовые числа понижены либо за счет ввода в верхнюю колонну детандерного потока (установки типа Кт-12), либо за счет отвода части газообразного азота из-под крышки конденсатора для расширения в турбодетандере (установки типа КТ-3600). При этом имеет место снижение флегмовых чисел и значительное уменьшение накопления аргона как в концентрационной, так и в отгонной части верхней колонны. [c.30] Расчеты процесса ректификации зачастую (при l/f 96% Ог) можно производить по диаграмме равновесия бинарной смеси кислород—азот, а ввод кубовой жидкости осуществлять в сечение, соответствующее точке пересечения линий рабочих концентраций, т. е. 31начительно выше (где = 40% Оа). [c.30] Следует подчеркнуть, что одновременное получение чистого азота и технического кислорода без отбора аргонной фракции невозможно. [c.30] Естественно, что расчет процесса ректификации в этом случае должен производиться по диаграммам тройной смеси кислород—аргон—азот. Аргонная фракция может отводиться как из концентрационной, так и из отгонной части колонны. Во всех, случаях она должна отводиться из сечения с максимальным (от 5 до 10%) содержанием аргона во избежание излишних потерь азота и кислорода. [c.31] Вернуться к основной статье