ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Основные процессы в воздухоразделительных установках из "Ректификация воздуха" Воздухоразделительные установки (ВРУ) предназначены для получения из воздуха его составных частей путем низкотемпературной ректификации. Воздух перед подачей в ректификационные колонны (РК) должен быть охлажден до низких температур, а продукты разделения полностью или частично подогреты до температуры окружающей среды. Необходимо обеспечить флег-мовое питание РК, компенсацию потерь холода и очистку воздуха от примесей. Процессы ректификации и получения холода в установке осуществляются за счет энергии, подводимой к компрессорному агрегату, в котором происходит сжатие воздуха или продуктов его разделения. [c.14] Принцип ректификации. Ректификация — разделение смесей на составляющие вещества в результате взаимодействия потоков жидкости и пара, которые обычно движутся навстречу друг другу. [c.14] Между находящимися в контакте жидкой и паровой фазами, состоящими из нескольких компонентов, происходит массо- и теплообмен. Молекулы из жидкой фазы непрерывно переходят в паровую, а из паровой фазы — в жидкую. Система стремится к состоянию равновесия, при котором существует определенное соотношение между составами паровой и жидкой фаз. В состоянии равновесия содержание низкокипящего компонента (НКК), т. е. компонента, имеющего более низкую температуру кипения, в паровой фазе больше, чем в жидкой, а содержание высококипящего компонента (ВКК) в жидкой фазе больше, чем в паровой. [c.14] Если привести во взаимодействие жидкость с паром, содержащим больше ВКК, чем пар, равновесный с данной жидкостью, содержание этого компонента в паре уменьшается, а в жидкости увеличивается. При многократном повторении этого процесса можно получить пар, почти свободный от ВКК, и жидкость, почти свободную от НКК. [c.14] Поднимаясь по колонне, пар, постепенно обогащается НКК (азотом). На выходе из колонны пар содержит лишь небольшую примесь ВКК (кислорода) Уа1- Часть пара А отводится в качестве продукта — отходящего азота, а другая часть пара ожижается в конденсаторе. Жидкость, называемая флегмой, из конденсатора подается на орошение колонны. [c.15] К разности между количеством поднимающегося пара и стекающей жидкости называется флегмовым числом. Отношение количества стекающей жидкости к количеству поднимающегося пара называется флегмовым отношением. [c.15] Стекая вниз по колонне, жидкость постепенно обогащается ВКК, после чего поступает в испаритель. Образующийся в испарителе пар (состава ук ) разделяется на два потока. Один поток отводится в качестве продукта (получаемого кислорода в количестве К), а другой подается в колонну. Поднимаясь по колонне, п ар обогащается азотом и в середине колонны смешивается с поступающим в колонну воздухом. [c.15] Секция колонны, расположенная выше места ввода исходной смеси, называется укрепляющей, а расположенная ниже — исчерпывающей. [c.15] Полученные в колонне продукты разделения — кислород и азот — подогреваются затем до нормальной температуры за счет теплообмена с воздухом. Для разделения газовой смеси на составные части необходимо затратить энергию. В процессе ректификации расход энергии связан с подводом теплоты в испарителе и отнятием теплоты в конденсаторе, что необходимо для обеспечения флегмового питания колонны, т. е. для организации противоточного движения жидкости и пара по колонне. В ректификационных колоннах, работающих при низких температурах, теплота в испаритель подводится за счет конденсации сжатого газа, т. е. энергия на разделение расходуется при сжатии. [c.16] Флегмовое питание ректификационных колонн. Для достаточно полного разделения воздуха, т. е. получения продуктов разделения с малыми примесями других компонентов, для флегмового орощения колонны следует использовать жидкий азот с небольшим содержанием кислорода. Жидкий азот может быть получен при конденсации газообразного азота в испарителе колонны, где теплота переходит к жидкому кислороду. Вследствие гидравлических сопротивлений теплообменных аппаратов, в которых продукты разделения — азот и кислород — подогреваются до температуры окружающей среды, а также сопротивления самой ректификационной колонны давление кипящего кислорода в испарителе колонны составляет 0,135—0,145 МПа. Температура кипящего кислорода при этом давлении равна примерно 93—94 К. Для передачи теплоты между конденсирующимся азотом и кипящим кислородом должен существовать температурный градиент, который обычно составляет 2—3 К. Следовательно, температура конденсирующегося азота должна составлять 95,0—96,5 К. Этой температуре соответствует давление 0,55—0,60 МПа. [c.16] Охлаждение и очистка воздуха. Охлаждение воздуха и подогрев продуктов разделения происходит в теплообменных аппаратах. Различают аппараты для охлаждения воздуха, свободного от примесей, и аппараты, в которых наряду с теплообменом происходит очистка воздуха от примесей. В последнем случае используют переключающиеся аппараты регенераторы или реверсивные пластинчато-ребристые теплообменники. В процессе охлаждения воздуха из него вымораживаются водяные пары, двуокись углерода, а также другие примеси. После переключения потоков обратный поток, нагреваясь, возгоняет примеси, отложившиеся при прохождении прямого потока. В регенераторах теплота передается с помощью аккумулирующей ее насадки. [c.17] В связи с конечными размерами поверхности теплообмена, температура обратных потоков на выходе из аппарата меньше температуры прямого потока на величину, называемую недорекуперацией. При прохождении через теплообменники прямой и обратный потоки испы-тывают гидравлическое сопротивление. [c.17] Очищать воздух от водяных паров или двуокиси уг-лерода можно или одновременно с теплообменом в ре-генераторах или реверсивных теплообменниках или в специальных аппаратах — адсорберах. От ацетилена и других взрывоопасных примесей воздух очищают преимущественно адсорбцией из жидкой и газовой фазы. От части взрывоопасных примесей воздух освобождается в регенераторах (реверсивных теплообменниках). [c.17] Использование эффекта дросселирования для производства холода связано с тем, что энтальпия сжатого газа при данной температуре меньше энтальпии этого газа при атмосферном давлении (изотермический дроссель-эффект). Для повышения дроссель-эффекта сжатый газ может быть предварительно охлажден внешними источниками — аммиачными или фреоновыми холодильными машинами. [c.18] В детандере энтальпия газа снижается за счет производства внешней работы при расширении. Если при составлении энергетического Оаланса детандер не включать в рассматриваемую систему, то получается, что поступающий в систему детандерный поток имеет меньшую энтальпию, чем выходящий из нее. [c.18] При использовании указанных способов производства холода необходим сжатый газ — воздух или продукты его разделения. [c.18] В некотором ВРУ небольшой производительности для производства холода используют холодильные газовые машины (ХГМ) с гелием или водородом в качестве рабочего тела. [c.18] Сжатие газа в установке необходимо для обеспечения флегмового питания РК, преодоления гидравлических сопротивлений аппаратов, обеспечения температурного градиента в конденсаторе-испарителе и для компенсации потерь холода. В большинстве случаев эти процессы осуществляются за счет энергии сжатого воздуха, т. е. поступающий на разделение (перерабатываемый) воздух одновременно является хладагентом и обеспечивает флегмовое питание РК. Лишь в отдельных случаях применяют холодильные циклы на азоте, а также другие хладагенты для получения холода на промежуточных температурных уровнях. [c.18] Продукты разделения воздуха используются при различных давлениях. Они могут быть получены под атмосферным давлением и затем сжиматься специальными компрессорами или же выдаваться из ВРУ при требуемом давлении. В последнем случае можно использовать жидкостные. насосы. [c.18] Вернуться к основной статье