ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Низкотемпературная ректификация воздуха в вихревых аппаратах из "Вихревые аппараты" Разделение воздуха на азот и кислород в вихревом аппарате (вихревом ректификаторе) происходит при вводе в аппарат частично сжиженного воздуха [10, 30]. При этом возможно получение обогащенного кислородом или азотом воздуха с объемной концентрацией до 98% О2 или 97% N2. [c.153] В вихревом ректификаторе (рис. 59) сжатый и частично сжиженный воздух вводится через тангенциальный сопловой ввод 1 в камеру разделения 2. Здесь образуется закрученный двухфазный поток, состоящий из текущей по стенке камеры пленки жидкости и газового ядра. Осевое перемещение жидкости к диффузору 3 сопровождается увеличением в ней концентрации высококипящего компонента (кислорода), в то время как приосевой газовый поток, текущий в противоположном направлении, обогащается низкокипящим компонентом (азотом). Часть жидкого воздуха, вытекающего из соплового ввода, отбирается в полость а, откуда по трубопроводу 4 подается в приосевую область камеры со стороны диффузора. В результате воздух разделяется на обогащенный кислородом поток, который выводится из диффузора 3, и обогащенный азотом поток, выходящий через отверстие в диафрагме 5. [c.154] Приведенные на рис. 60 характеристики показывают, что вихревой ректификатор можно использовать в трех основных режимах работы в режиме получения азота ( л = 0,5, с = 97%Ы2) и кислорода ([л = 0,9, с = = 98%02), а также в режиме максимальной эффективности ( 1 = 0,60...0,75) с получением обогащенного кислородом или азотом воздуха с достаточной для ряда случаев применения концентрацией. [c.155] Для математического описания процесса в объеме аппарата выделяют зоны, в которых происходят процессы, определяющие механизм разделения [11]. При этом допускают, что в каждой зоне происходит идеальное перемешивание потоков и устанавливается межфазное термодинамическое равновесие. [c.156] Структурная схема распределения потоков газожидкостной смеси по выделяемым зонам дана на рис. 61, В зоне / происходит расширение смеси в сопловом вводе, при котором испаряется жидкость и конденсируется газ с соответствующим обогащением фаз кислородом и азотом. Выходящие из этой зоны потоки обогащенной кислородом жидкости р1 и обогащенного азотом газа 01 образуют в камере разделения соответственно жидкостную пленку и газовое ядро. [c.156] Зона III включает периферийный участок камеры, в котором течет поток жидкости i. Здесь под действием теплообмена с периферийными нагретыми слоями газа и теплоты, выделяющейся при диссипации собственной механической энергии (подводится теплота 73), жидкость испаряется с соответствующим увеличением в ней концентрации кислорода. В общем случае образующийся при испарении жидкости газ смешивается с потоком периферийного газа а . Некоторая его часть as, как и-часть жидкости s, может переноситься в приосевой поток (в зону II). Выходящие из зоны III потоки жидкости s и газа аз образуют кислородный поток, выходящий из диффузора ректификатора. [c.157] Зона IV охватывает периферийные слои газового ядра, энергетическое разделение которого приводит к их нагреву (подводится теплота 4). Эта теплота передается периферийному потоку жидкости (зона III). В зоне IV газ ai взаимодействует с жидкостью 4, выделившейся в зоне II. Это взаимодействие обусловлено тем, что жидкость 4 переохлаждена по отношеникУ к давлению периферийных слоев газа. Происходит обогащение жидкости кислородом, а газа — азотом. [c.157] В этих выражениях лгк, Ук — концентрация компонентов воздуха в жидкости и газе рс-1, Рс-ь Ус-ь —давление, доля жидкости и удельный объем газожидностной смеси. [c.158] Сначала методом последовательных приближений рассчитывают концентрацию азотного потока у2. Для этого при 0 л а1 —р4 задаются значениями у2 и т . По уравнениям (57) — (59), (67), (68), записанным для зоны IV, вычисляют концентрацию г/4, проверяют значение параметра Ша и уточняют (при необходимости) значение у . В уравнении (59) q = a i — i2). Подставив значение у4, в решение системы уравнений (57), (59) и (67) для зоны II, рассчитывают концентрацию азотного потока г/2. Если разность между вычисленным и принятым значениями г/г превышает заданную точность расчета, то задаются новым значением г/г и повторяют расчет. [c.161] Далее переходят к расчету концентрации кислородного потока 2з, Для этого решают систему уравнений (57), (58), записанных для зоны III (с учетом потока Об), и (57) для всего аппарата. При найденных значениях у2 и 2з проверяют сходимость покомпонентного материального баланса (58) всего аппарата. При расхождении баланса больше допустимого переходят к следующему шагу итерации (е-ь1). Для этого по уравнению (59) для зоны II вычисляют бе-ы и повторяют расчет при этом 74 = [ 16 /(1—бе+i)] ( 4 —г г)- При сходимости баланса с заданной точностью переходят к расчету режима а/ —р4 р, 1. [c.161] Экспериментальная проверка теоретической модели показала, что расчетные и экспериментальные характеристики качественно хорошо согласуются. Количественное расхождение не превышает 15% на, оптимальных режимах. Это расхождение связано, по-видимому, в первую очередь с ограничениями, наложенными моделью на количественное распределение потоков газа и жидкости, циркулирующих в камере разделения. Для реальных процессов всегда характерны более или менее интенсивный унос жидкости азотным потоком и перемешивание приосевых и периферийных слоев газового ядра. Математическое моделирование влияния параметров разделяемого воздуха на эффект разделения показало, что наибольший, эффект разделения достигается при вводе в ректификатор частично сжиженного воздуха с содержанием жидкости рс = 0,3...0,4 (при рс = = 0,3...0,6 МПа). Оптимальная степень расширения воздуха 8 = 6, причем при 8 = сопз1 эффект разделения возрастает при уменьшении давления воздуха рс. [c.162] Вернуться к основной статье