I. Въведение в устройството за разделяне на въздуха
Така -нареченото устройство за разделяне на въздуха, с прости думи, е устройство, което разделя основните газови компоненти във въздуха. Той охлажда въздуха дълбоко до течно състояние и използва различните точки на кипене на компонентите на течния въздух за постепенно отделяне на кислород, азот и аргон. Въздухът също така съдържа редки газове като хелий, неон, аргон, криптон, ксенон, радон, както и примеси като влага, въглероден диоксид и прах, всички от които трябва да бъдат отделени и пречистени. За повечето фабрики основната задача на устройството за разделяне на въздуха е да отделя и произвежда чист кислород, азот, аргон и др.
(I) Принципно въведение
Основните компоненти на въздуха са азот, кислород и аргон, така че основната цел на разделянето е да се получат тези три чисти газа.
Основните примеси във въздуха са влага, въглероден диоксид и въглеводороди.
Разделянето на въздуха е за отстраняване на вредни примеси във въздуха и разделяне на смесения газ на "чисти" газове като азот, кислород и аргон.
Основният принцип на разделяне на въздуха е, че азотът, кислородът и аргонът във въздуха имат различни точки на кипене (точки на оросяване, точки на кипене) и се разделят чрез дестилация. Техните точки на кипене са: N₂: -195,8 градуса; O₂: -183,0 градуса; Ar: -185,7 градуса.
Процес на дестилация: На дестилационната плоча наситената пара с по-висока температура и наситената течност с по-ниска температура са в пълен контакт. Наситената пара отделя топлина към наситената течност и частично се кондензира; наситената течност абсорбира топлина и частично се изпарява. Кислородът е компонент с висока -точка на кипене- и кондензира повече в течната фаза; азотът е компонент с ниска -точка на кипене- и се изпарява повече в газовата фаза.
II. Въведение в потока на процеса
Текущият процес на разделяне на въздуха е приблизително както следва: атмосферата първо се компресира от системата за компресия, след това влиза в системата за предварително{0}}охлаждане за предварително охлаждане, след това влиза в системата за пречистване, за да отстрани някои примеси като влага и въглероден диоксид, и след това се охлажда допълнително от системата за топлообмен и след това влиза в дестилационната система (главно включваща разширители, хладилни кутии и т.н., и хладилната кутия съдържа основни кули, основно охлаждане, помпи за течности и друго оборудване и процесът на дестилация е завършен в тази система) и накрая влиза в резервната система като газификация на продукта, компресия и съхранение.
III. Въведение в системата (или оборудването) на блока за разделяне на въздуха
(I) Система за компресия
В началото на системата за компресиране на въздуха има въздушен филтър, който се използва за филтриране на механични примеси във въздуха. Има главно самопочистващи се въздушни-филтри; целта на компресията е предварително-компресиране на въздуха, а оборудването включва главно парни турбини, въздушни компресори, компресори и др.
Само{0}}почистващ се филтър: Обикновено с увеличаване на обема на газа броят на филтърните патрони се увеличава, а броят на слоевете също е по-голям. Двоен-слой за степен 25 000 и повече и три-слой за степен 60 000 и повече; един компресор трябва да бъде оборудван с отделен филтър и той е разположен срещу вятъра.
Парна турбина: Парата под високо{0}}налягане се разширява, за да извърши работа, задвижвайки коаксиалното работно колело да се върти, като по този начин постига работа върху работния флуид. Често срещаните форми включват пълна кондензация, пълно обратно налягане и екстракционна кондензация, а по-често използваната е екстракционна кондензация.
Въздушен компресор: Големите агрегати за разделяне на въздух използват предимно изотермични центробежни компресори с един-вал. Консумацията на енергия на вносните е с около 2% по-ниска от тази на местните, а инвестицията е с 80% по-висока; изходът е обезвъздушен и не е зададен обратен тръбопровод. Има изискване за минимален смукателен поток срещу -пренапрежение, а входящата направляваща лопатка се използва за регулиране на потока. Всички вносни и местни модули са с четири-степенна компресия и три-степенно охлаждане (последната степен не се охлажда). Основният въздушен компресор е оборудван със система за измиване с вода за измиване на отлаганията по повърхността на работното колело и спиралата на всяко ниво, което е пълен комплект с главния двигател.
Бустер: Големите агрегати за разделяне на въздух използват предимно изотермични центробежни компресори с един-вал и центробежни компресори с зъбни колела. Сред тях типът на предавката има по-голямо предимство в консумацията на енергия, особено при условия с относително голямо налягане.
(II) Система за предварително охлаждане
Функцията на системата за предварително охлаждане е предварително да охлади въздуха, така че водата, въглеродният диоксид, прахът и други примеси в сгъстения въздух да могат да бъдат пречистени в следващата стъпка. Основното оборудване включва въздушна охладителна кула, водна охладителна кула, помпи за охлаждаща вода и охладена вода и др.
Въздушноохладителна кула: Има две форми: затворена циркулация (въздушноохладителната кула е разделена на две секции, горната и долната секции, и охладената вода циркулира между горната част на въздушноохладителната кула и водната охладителна кула) и отворена циркулация (в системата за циркулираща вода). Затворената циркулация се използва главно в химически заводи с лошо качество на водата, които трябва да бъдат допълнени с прясна вода и химикали; отворената циркулация се използва широко, но системата за циркулираща вода също трябва редовно да се допълва с прясна вода и трябва да се имат предвид летните условия на работа. Дизайнът му обикновено е 1 метър φ76 пръстен от неръждаема стомана (устойчивост на висока температура) в долната част, 3 метра φ76 подсилен полипропиленов пръстен (голям поток) и 4 метра φ50 подсилен полипропиленов пръстен.
Водоохладителна кула: Има два типа: дву{0}}степенен тип (когато няма външен източник на студ, студеният капацитет на сухия мръсен азот се възстановява напълно, за да се осигури предварително-охладителната система, но съпротивлението е два пъти по-голямо, 7 метра + 7 метра φ50 полипропиленов сферичен пръстен) и едно-степенен тип (когато има външен източник на студ, 8 метра φ50 полипропиленов сферичен пръстен).
Други: Като цяло всички входове за вода в системата за предварително-охлаждане трябва да бъдат оборудвани с филтри (обикновено 6 единици: 4 водни помпи, вход за вода към кулата за охлаждане на вода и вход за вода към страната на изпарението на чилъра), за да се предотврати навлизането на примеси в системата. Тестът за ефекта е: изходящият газ на долната 4-метрова уплътнителна секция е с 1 градус по-нисък от входната вода; изходящият газ на горната 8-метрова секция на опаковката е с 1 градус по-висок от водата. Обикновено термометърът се поставя в средата на въздушно-охладителната кула (продължаваща във вътрешността).
(III) Пречиствателна система
Функцията на системата за пречистване е да премахва примеси като влага, въглероден оксид, въглероден диоксид, водород и въглеводороди във въздуха, за да гарантира чистотата на азот, кислород и аргон във въздушните продукти. Използваните адсорбери са с вертикален аксиален поток, хоризонтален дву-слоен слой и вертикален радиален поток.
Вертикален аксиален поток: използва се главно за оборудване за разделяне на въздуха под ниво 10 000 (диаметърът е достигнал 4,6 m), дебелина на леглото 1550∽2300 mm, може да се подреди двоен-слой или единичен-слой и разпределението на въздушния поток е най-доброто.
Хоризонтално дву{0}}слойно легло: използва се главно за голямо и средно-оборудване за разделяне на въздуха, дебелина на леглото 1150 mm (молекулярно сито) + 350 mm (алуминиев гел).
Вертикален радиален поток: може ефективно да използва вътрешното пространство на контейнера, така че площта на адсорбционния слой със същия диаметър да се разшири с около 1,5 пъти, ефективно да се намали височината на кулата и методът на вертикално поставяне заема по-малка площ. Тъй като въздушният поток е равномерно разпределен, за разлика от неравномерния въздушен поток на хоризонталния адсорбер, количеството на молекулярното сито се намалява с 20%, а консумацията на енергия за регенериране също се спестява с 20%. Недостатъкът обаче е, че центърът на въздушния поток е концентриран (област с форма на ветрило) и времето за проникване е по-бързо от хоризонталния тип (изисква се CO₂ <0,5 ppm). Дебелината на леглото е 1000 mm+200 mm, което може да отговори на конфигурацията на оборудването за разделяне на въздух над 20 000 нива.
IV Система за топлообмен
Целта на топлообменната система е допълнително да охлади въздуха за следващата дестилационна операция. Източникът на студена енергия е изпарението на част от въздуха през турбинния разширител. Структурата му е много{2}}пластова-тип перка. Логистиката между съседните канали се обменя добре чрез перките. Използва се за охлаждане на сгъстения въздух, който е адсорбиран от молекулярни сита за отстраняване на вода и CO₂. Всеки обратен хладник (течност) тук се нагрява до стайна температура.
Строго погледнато, дизайнът на множество потоци от смесена среда в един и същ топлообменник може автоматично да балансира преноса на топлина на всяка среда и да минимизира консумацията на енергия. За процеса на вътрешно компресиране обаче всички топлообменници ще бъдат топлообменници с високо{1}}налягане, което ще увеличи инвестициите. Следователно е по-икономично да се разделят високото и ниското налягане за топлообменници с вътрешна компресия над 20 000 нива, а всички -топлообменници с високо налягане са конфигурирани под 20 000 нива.
V Система за фракциониране
Целта на системата за фракциониране е да фракционира пречистения и дълбоко охладен сгъстен въздух на кислород, азот, аргон и др. стъпка по стъпка. Основното оборудване е охладителната кутия (включително главната кула, основното охлаждане, подохладителят, кулата за суров аргон, помпата за течен кислород, помпата за течност и др.).
Студена кутия: Това е квадратна или кръгла метална конструкция, която е най-високият символ на цеха за разделяне на въздуха. Пълнена е с перлен пясък, за да се намали загубата на студ. Въздухът се отделя в охладителната кутия чрез дестилационния ефект върху плочата на кулата и опаковката.
Дестилационна кула: Тялото на кулата е цилиндрично, с множество слоеве от ситови плочи в долната кула, преливна кофа е поставена върху ситовата плоча, преливна преграда и плътно покрита с малки дупки; горната кула е оборудвана с обикновена опаковка и разпределител на течности. По време на дестилацията в долната кула течността тече през всяка ситова плоча отгоре надолу една по една. Благодарение на ефекта на преливника се образува определена височина на нивото на течността върху педала. Когато газът преминава през малките отвори на плочата на ситото отдолу нагоре, той влиза в контакт с течността, за да произведе мехурчета, увеличавайки контактната площ на газ-течност, което прави обмена на топлина и маса ефективен. Компонентите с ниска-точка на кипене постепенно се изпаряват, а компонентите с висока-точка на кипене постепенно се втечняват. В горната част на кулата се получава чист азот с ниска точка на кипене, а в долната част на кулата се получават богати на кислород- течни въздушни компоненти с висока точка на кипене. По време на дестилацията в горната кула газът преминава през разпределителя и се издига по протежение на уплътнителната плоча. Течността се разпределя равномерно върху опаковъчната плоча отгоре надолу през разпределителя на водата. На повърхността на опаковката газът и течността са в пълен контакт за ефективен обмен на топлина и маса. Съдържанието на кислород с ниска{13}}точка на кипене в издигащия се газ продължава да се увеличава, а компонентът с висока{14}}точка на кипене кислород се отмива в големи количества, за да се образува течност за обратен хладник и накрая в горната част на кулата се получава чист азот с ниска{15}}точка на кипене, а в дъното на кулата се получава течен кислород с висока{16}}точка на кипене.
VI Резервна система за съхранение и изпаряване
Съхранявайте, изпарете и напълнете фракционирания течен кислород, течен азот и течен аргон. Основното оборудване включва криогенен резервоар за съхранение на течности, изпарител, помпа за пълнене на бутилки, платформа за пълнене и др.
-Кислородни и азотни продукти под ниско налягане: настройте клапана за регулиране на продукта и пътя на вентилационния поток, вентилирайте в шумозаглушителя (вътрешните части за азот са въглеродна стомана, вътрешните части за кислород са от неръждаема стомана).
Мръсен азот: настройте за вентилация към водна охладителна кула (за вентилация на мръсния азот, разпределете регенериран газ и регулирайте налягането в горната част на кулата). Диаметърът на водната охладителна кула е необходим, за да отговаря на изискванията за изпускане. Особено когато се въвежда азот, налягането в горната кула не може да се повиши. Съпротивлението на водната охладителна кула е 6kPa (8-метрова опаковка), тръбопроводът и клапанът са 4kPa, а разликата в налягането спрямо атмосферата е 2kPa, общо 12kPa.
Кислородни-продукти под високо налягане: за вентилация се използва-двустепенно дроселиране. Първо, продуктът под високо{3}}налягане се дроселира до 10 barG, преминава през ексцентричен редуктор, в средата се поставя плоча за намаляване на шума от монел и след това диаметърът на тръбопровода се разширява чрез ексцентричен редуктор. Скоростта на потока на кислородната среда се контролира под 10 m/s, след което се дроселира и се вентилира в кулата на ауспуха. Елементът на ауспуха е от неръждаема стомана.
-Азотни продукти под високо налягане: Азотните продукти първо се дроселират до 10 бара, преминават през плоча за намаляване на шума от неръждаема стомана и след това преминават в кулата на ауспуха за дроселиране и обезвъздушаване. Елементът на ауспуха е въглеродна стомана.
Кислороден вентил: Изисква се да не се задейства ръчно (регулиращият вентил е забранено да има ръчно колело и ръчният вентил се поставя вътре в -взривозащитената стена).
