ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Разделение газов из "Техника низких температур" Основными промышленными применениями процессов глубокого охлаждения являются разделение и очистка газов. Ректификация жидкого воздуха служит основным способом получения кислорода и азота, а также единственным способом получения неона, аргона, криптона и ксенона. В ректификационной колонне, предназначенной для концентрации из воздуха редких газов, может быть получен и концентрат с высоким содержанием гелия. Однако таким путем получают лишь небольшие количества гелия. В промышленных масштабах гелий получают из природных газов, причем и в этом случае использование глубокого охлаждения значительно облегчает процесс разделения. Низкие температуры применяются в промышленности для получения водорода из коксового газа, а также из других газовых смесей, содержащих водород. Методами низкотемпературной ректификации выделяют и очищают низкокипя-щие компоненты природного газа метан, этан, этилен и т. д. Наконец, положено начало промышленному производству дейтерия путем ректификации жидкого водорода. [c.91] Большая экономическая важность разделения газов методами глубокого охлаждения обусловила проведение всесторонних экспериментальных и теоретических работ, посвященных изучению процессов разделения, что позволило непрерывно совершенствовать эти процессы за счет применения более эффективных методов и оборудования. Вопросам разделения газов посвящено много литературы. Одной из наиболее полных и современных монографий является книга Руэмана [1] ). [c.91] Мы хотим лишь качественно изложить принципы и методы, используемые в некоторых промышленных установках разделения газов методами глубокого охлаждения, поскольку данные вопросы во многих работах освещены более полно. Подробнее будут описаны менее известные процессы разделения, особенно те из них, в которых используются более низкие температуры, чем в обычных промышленных установках разделения газов. [c.91] Вначале рассмотрим вкратце теоретический идеальный процесс разделения воздуха. Это хорошо известный идеализированный процесс, излагаемый обычно в учебниках, в котором для разделения используются воображаемые полупроницаемые перегородки (фиг. 2.1). [c.91] Пусть в цилиндре находится п молей газовой смеси, из которых хп молей азота и —х)п молей кислорода. Пусть давление в цилиндре не слишком велико (например, 1 атм) и смесь с достаточной степенью точности подчиняется законам идеального газа. Парциальные давления обеих составляющих смеси будут равны хР и (1—х)Р соответственно, где Р — общее давление. Определим величину минимальной работы, необходимой для разделения смеси на чистые азот и кислород. [c.92] Предположим, что в цилиндре находится два перемещающихся без трения поршня (фиг. 2.1, а). Первый поршень проницаем только для азота, а второй — только для кислорода. Будем медленно перемещать поршни, как показано на фиг. 2.1,6, с такими относительными скоростями, что давление повсюду остается равным первоначальному. В конце концов мы придем к положению, изображенному на фиг. 2.1,е в левой части цилиндра будет находиться весь азот, а в правой — весь кислород, причем оба газа при исходном атмосферном давлении. На разделение затрачивается некоторое количество энергии, которое будет минимальным, если мы допустим, что тепло может отводиться от цилиндра (т. е. процесс протекает изотермически). В этом случае энергия расходуется только на изотермическое сжатие обеих составляющих газовой смеси от их парциальных давлений в смеси до конечного давления, равного, например, 1 атм. [c.92] Знак минус показывает, что работа совершается над газом. Моль воздуха весит 0,21 X 32 + 0,79 X 28,016 = 28,82 г. [c.93] Разумеется, в действительных процессах разделения газов расход энергии гораздо выше минимального. Интересно, однако, сопоставить действительный расход с минимальным теоретическим значением. Руэман [1] приводит данные об энергии получения кис-лорода чистотой 98% на кислородной установке низкого давления Линде — Френкля. Он равен 0,55 квт-ч1м Ог или 0,385 квт-ч1кг Ог, т. е. минимальный расход энергии составляет около 15,2% от действительного расхода энергии. [c.93] Вернуться к основной статье