I. Wprowadzenie do jednostki separacji powietrza
Tak-tzw. jednostka separacji powietrza, w uproszczeniu, to urządzenie oddzielające główne składniki gazu w powietrzu. Schładza powietrze głęboko do stanu ciekłego i wykorzystuje różne temperatury wrzenia składników ciekłego powietrza do stopniowego oddzielania tlenu, azotu i argonu. Powietrze zawiera również rzadkie gazy, takie jak hel, neon, argon, krypton, ksenon, radon, a także zanieczyszczenia, takie jak wilgoć, dwutlenek węgla i pył, które należy oddzielić i oczyścić. W większości fabryk głównym zadaniem jednostki separacji powietrza jest oddzielanie i produkcja czystego tlenu, azotu, argonu itp.
(I) Wprowadzenie do zasad
Głównymi składnikami powietrza są azot, tlen i argon, dlatego głównym celem separacji jest uzyskanie tych trzech czystych gazów.
Głównymi zanieczyszczeniami powietrza są wilgoć, dwutlenek węgla i węglowodory.
Separacja powietrza ma na celu usunięcie szkodliwych zanieczyszczeń znajdujących się w powietrzu oraz rozdzielenie zmieszanego gazu na „czyste” gazy takie jak azot, tlen i argon.
Podstawową zasadą separacji powietrza jest to, że azot, tlen i argon w powietrzu mają różną temperaturę pęcherzyków (punkt rosy, punkt wrzenia) i są rozdzielane poprzez destylację. Ich temperatury wrzenia wynoszą: N₂: -195,8 stopnia; O₂: -183,0 stopnia; Ar: -185,7 stopnia.
Proces destylacji: Na płycie destylacyjnej następuje pełny kontakt pary nasyconej o wyższej temperaturze i cieczy nasyconej o niższej temperaturze. Para nasycona oddaje ciepło nasyconej cieczy i częściowo się skrapla; nasycona ciecz pochłania ciepło i częściowo odparowuje. Tlen jest składnikiem-wrzenia-o wysokiej temperaturze i skrapla się bardziej do fazy ciekłej; azot jest składnikiem o niskiej-wrze-temperaturze wrzenia i w większym stopniu odparowuje do fazy gazowej.
II.Wprowadzenie do przebiegu procesu
Obecny przebieg procesu separacji powietrza jest mniej więcej następujący: atmosfera jest najpierw sprężana przez system sprężania, następnie trafia do układu-chłodzenia wstępnego w celu wstępnego schłodzenia, następnie wchodzi do systemu oczyszczania w celu usunięcia niektórych zanieczyszczeń, takich jak wilgoć i dwutlenek węgla, a następnie dalej schładzana przez system wymiany ciepła, a następnie trafia do układu destylacyjnego (głównie obejmującego ekspandery, komory chłodnicze itp., a komora chłodnicza zawiera główne wieże, główne chłodzenie, pompy cieczy i inny sprzęt, a proces destylacji kończy się w tego systemu), a ostatecznie trafia do systemów rezerwowych, takich jak zgazowanie, sprężanie i magazynowanie produktu.
III. Wprowadzenie do systemu (lub sprzętu) jednostki separacji powietrza
(I) Układ kompresji
Na początku układu sprężania powietrza znajduje się filtr powietrza, który służy do filtrowania zanieczyszczeń mechanicznych znajdujących się w powietrzu. Dostępne są głównie-samoczyszczące filtry powietrza; celem sprężania jest-wstępne sprężanie powietrza, a sprzęt obejmuje głównie turbiny parowe, sprężarki powietrza, sprężarki doładowujące itp.
Filtr-samoczyszczący: ogólnie rzecz biorąc, wraz ze wzrostem objętości gazu zwiększa się liczba wkładów filtrujących, a także zwiększa się liczba warstw. Podwójna-warstwa dla klasy 25 000 i wyższej oraz trzy-warstwa dla klasy 60 000 i wyższej; pojedyncza sprężarka musi być wyposażona w oddzielny filtr i jest umieszczona pod wiatr.
Turbina parowa:-para pod wysokim ciśnieniem rozszerza się, wykonując pracę, wprawiając współosiowy wirnik w ruch obrotowy, wykonując w ten sposób pracę nad płynem roboczym. Typowe formy obejmują pełną kondensację, pełne przeciwciśnienie i kondensację ekstrakcyjną, a częściej stosowaną jest kondensacja ekstrakcyjna.
Sprężarka powietrza: duże jednostki separacji powietrza wykorzystują najczęściej jedno-sprężarki izotermiczne odśrodkowe. Zużycie energii w importowanych jest o około 2% niższe niż w przypadku krajowych, a inwestycja jest o 80% wyższa; wylot jest odpowietrzony i nie ustawiono rurociągu powrotnego. Występuje minimalny wymóg zapobiegania-przepięciom przepływu na ssaniu, a do regulacji przepływu służy kierownica wlotowa. Jednostki importowane i krajowe charakteryzują się czterostopniowym-sprężaniem i trzystopniowym-chłodzeniem (ostatni stopień nie jest chłodzony). Główna sprężarka powietrza wyposażona jest w system mycia wodą do przemywania osadów z powierzchni wirnika i spirali na każdym poziomie, co stanowi kompletny zestaw z silnikiem głównym.
Urządzenie wspomagające: duże jednostki separacji powietrza wykorzystują najczęściej jedno-sprężarki odśrodkowe izotermiczne i sprężarki odśrodkowe z przekładnią. Wśród nich typ przekładni ma większą przewagę pod względem zużycia energii, szczególnie w warunkach stosunkowo dużego ciśnienia.
(II) Układ wstępnego chłodzenia
Zadaniem układu wstępnego chłodzenia jest wstępne schłodzenie powietrza, tak aby w kolejnym etapie można było oczyścić wodę, dwutlenek węgla, pył i inne zanieczyszczenia znajdujące się w sprężonym powietrzu. Główne wyposażenie obejmuje wieżę chłodniczą powietrza, wieżę chłodniczą wody, pompy wody chłodzącej i wody lodowej itp.
Wieża chłodnicza powietrza: Istnieją dwie formy: obieg zamknięty (wieża chłodnicza jest podzielona na dwie sekcje, górną i dolną, a woda lodowa krąży pomiędzy górną częścią wieży chłodniczej a wodną) i obieg otwarty (do układu wody obiegowej). Obieg zamknięty stosowany jest głównie w zakładach chemicznych o złej jakości wody, którą należy uzupełniać świeżą wodą i chemikaliami; Otwarty obieg jest szeroko stosowany, ale system wody obiegowej również wymaga regularnego uzupełniania świeżą wodą i należy wziąć pod uwagę letnie warunki pracy. Jego konstrukcja to zazwyczaj pierścień kulkowy ze stali nierdzewnej φ76 o długości 1 metra (odporność na wysoką temperaturę) u dołu, pierścień kulkowy ze wzmocnionego polipropylenu o długości 3 metrów φ76 (duży strumień) i pierścień kulkowy ze wzmocnionego polipropylenu o średnicy 4 metrów φ50.
Wieża chłodnicza wodna: Istnieją dwa typy: dwustopniowy (kiedy nie ma zewnętrznego źródła zimna, wydajność chłodnicza suchego, brudnego azotu jest w pełni odzyskiwana, aby zapewnić wstępne-układ chłodzenia, ale opór jest dwukrotnie większy, 7 metrów + 7 metrów φ50 z polipropylenowym pierścieniem kulkowym) i jednostopniowy (gdy jest zewnętrzne źródło zimna, 8-metrowy φ50 z polipropylenowego pierścienia kulkowego).
Inne: Ogólnie rzecz biorąc, wszystkie wloty wody w-układzie chłodzenia wstępnego muszą być wyposażone w filtry (zwykle 6 jednostek: 4 pompy wodne, wlot wody do wieży chłodniczej i wlot wody po stronie parowania agregatu chłodniczego), aby zapobiec przedostawaniu się zanieczyszczeń do układu. Test efektu jest następujący: gaz wylotowy z dolnej 4-metrowej sekcji uszczelnienia jest o 1 stopień niższy niż woda wlotowa; gaz wylotowy górnej 8-metrowej sekcji pakowania jest o 1 stopień wyższy niż woda. Zwykle termometr umieszcza się pośrodku wieży chłodniczej (w kierunku wnętrza).
(III) System oczyszczania
Zadaniem układu oczyszczania jest usuwanie z powietrza zanieczyszczeń takich jak wilgoć, tlenek węgla, dwutlenek węgla, wodór i węglowodory w celu zapewnienia czystości azotu, tlenu i argonu w produktach powietrznych. Stosowanymi adsorberami są pionowy przepływ osiowy, poziome złoże-warstwowe i pionowy przepływ promieniowy.
Pionowy przepływ osiowy: stosowany głównie w urządzeniach do separacji powietrza poniżej poziomu 10 000 (średnica osiągnęła 4,6 m), grubość złoża 1550∽2300 mm, można zastosować podwójną-warstwę lub pojedynczą-warstwę, a rozkład przepływu powietrza jest najlepszy.
Poziome złoże dwuwarstwowe: stosowane głównie w dużych i średnich-urządzeniach do separacji powietrza, grubość złoża 1150 mm (sito molekularne) + 350 mm (żel aluminiowy).
Pionowy przepływ promieniowy: może skutecznie wykorzystać przestrzeń wewnętrzną pojemnika, dzięki czemu powierzchnia warstwy adsorpcyjnej o tej samej średnicy zwiększa się około 1,5 razy, skutecznie zmniejsza wysokość wieży, a metoda umieszczania pionowego zajmuje mniejszy obszar. Ponieważ przepływ powietrza jest równomiernie rozprowadzony, w przeciwieństwie do nierównomiernego przepływu powietrza w poziomym adsorberze, ilość sit molekularnych zmniejsza się o 20%, a zużycie energii regeneracyjnej zostaje również zaoszczędzone o 20%. Jednakże wadą jest to, że środek przepływu powietrza jest skoncentrowany (obszar-w kształcie wachlarza), a czas penetracji jest szybszy niż w przypadku powietrza poziomego (wymagany jest CO₂<0,5 ppm). Grubość złoża wynosi 1000 mm+200 mm, co pozwala na konfigurację urządzeń do separacji powietrza powyżej 20 000 poziomów.
IVUkład wymiany ciepła
Celem układu wymiany ciepła jest dalsze schładzanie powietrza do następnej operacji destylacji. Źródłem zimnej energii jest odparowanie części powietrza przez rozprężacz turbiny. Jego konstrukcja jest typu wielo-płytowej-żebrowej. Logistyka pomiędzy sąsiednimi kanałami zapewnia dobrą wymianę ciepła poprzez żebra. Służy do chłodzenia sprężonego powietrza, które zostało zaadsorbowane na sitach molekularnych w celu usunięcia wody i CO₂. Każdy gaz orosieniowy (ciecz) jest tutaj podgrzewany do temperatury pokojowej.
Ściśle mówiąc, zaprojektowanie wielu strumieni mieszanych mediów w tym samym wymienniku ciepła może automatycznie zrównoważyć wymianę ciepła każdego medium i zminimalizować zużycie energii. Jednak w przypadku procesu sprężania wewnętrznego wszystkie wymienniki ciepła będą-wymiennikami wysokociśnieniowymi, co zwiększy inwestycje. Dlatego bardziej ekonomiczne jest oddzielenie wysokiego i niskiego ciśnienia dla wymienników ciepła ze sprężaniem wewnętrznym powyżej 20 000 poziomów, a wszystkie-wysokociśnieniowe wymienniki ciepła są skonfigurowane poniżej 20 000 poziomów.
V System frakcjonowania
Zadaniem układu frakcjonującego jest stopniowe frakcjonowanie oczyszczonego i głęboko schłodzonego sprężonego powietrza na tlen, azot, argon itp. Głównym wyposażeniem jest chłodnia (w tym wieża główna, główne chłodzenie, dochładzacz, wieża surowego argonu, pompa ciekłego tlenu, pompa cieczy itp.).
Chłodnica: Jest to kwadratowa lub okrągła metalowa konstrukcja, która jest najwyższym symbolem warsztatu separacji powietrza. Wypełniona jest piaskiem perłowym, aby ograniczyć utratę zimna. Powietrze jest oddzielane w komorze zimnej poprzez efekt destylacji na płycie wieży i uszczelnieniu.
Wieża destylacyjna: Korpus wieży jest cylindryczny, z wieloma warstwami płyt sitowych w dolnej wieży, na płycie sitowej osadzony jest wiadro przelewowe, przegroda przelewowa i gęsto pokryta małymi otworami; górna wieża wyposażona jest w regularne uszczelnienie i dystrybutor cieczy. Podczas destylacji w dolnej wieży ciecz przepływa jedna po drugiej przez każdą płytę sitową z góry na dół. Pod wpływem jazu przelewowego na pedale tworzy się pewna wysokość poziomu cieczy. Kiedy gaz przechodzi przez małe otwory w płycie sitowej od dołu do góry, styka się z cieczą, tworząc pęcherzyki, zwiększając powierzchnię kontaktu gazu-cieczy, dzięki czemu wymiana ciepła i masy jest wydajna. Składniki o niskiej-temperaturze wrzenia stopniowo odparowują, a składniki-o wysokiej temperaturze wrzenia stopniowo upłynniają się. Na szczycie wieży uzyskuje się czysty azot o niskiej temperaturze wrzenia, a na dole wieży – bogate w tlen-składniki ciekłego powietrza o wysokiej temperaturze wrzenia. Podczas destylacji w górnej wieży gaz przechodzi przez dystrybutor i unosi się wzdłuż płyty uszczelniającej. Ciecz jest równomiernie rozprowadzana na płycie uszczelniającej od góry do dołu poprzez dystrybutor wody. Na powierzchni uszczelnienia gaz i ciecz pozostają w pełnym kontakcie, co zapewnia efektywną wymianę ciepła i masy. Zawartość tlenu o niskiej-wrzeniu we wznoszącym się gazie stale rośnie, a tlen będący składnikiem o wysokiej-temperaturze wrzenia jest wypłukiwany w dużych ilościach, tworząc refluks, a na koniec na szczycie wieży otrzymuje się czysty azot o niskiej{{15}temperaturze wrzenia, a ciekły tlen o wysokiej-temperaturze wrzenia na dole wieży.
VI System zabezpieczenia magazynowania i odparowywania
Przechowuj, odparuj i napełnij frakcjonowanym ciekłym tlenem, ciekłym azotem i ciekłym argonem. Główne wyposażenie obejmuje kriogeniczny zbiornik do przechowywania cieczy, parownik, pompę do napełniania butelek, platformę do napełniania itp.
Produkty zawierające tlen i azot pod niskim-ciśnieniem: ustawić zawór regulujący produkt i ścieżkę przepływu odpowietrzającego, odpowietrzyć do tłumika (wewnętrzne części azotu są ze stali węglowej, wewnętrzne części tlenu są ze stali nierdzewnej).
Brudny azot: ustawić odprowadzanie do wieży chłodniczej wody (aby odprowadzać brudny azot, przydzielać regenerowany gaz i regulować ciśnienie w górnej wieży). Aby spełnić wymagania dotyczące odprowadzania wody, wymagana jest średnica wieży chłodniczej. Zwłaszcza po wprowadzeniu azotu nie można podnieść ciśnienia w górnej wieży. Opór wieży chłodniczej wynosi 6 kPa (uszczelnienie o wysokości 8 metrów), rurociąg i zawór wynoszą 4 kPa, a różnica ciśnień w stosunku do atmosfery wynosi 2 kPa, łącznie 12 kPa.
Produkty tlenowe pod wysokim-ciśnieniem: do odpowietrzania stosuje się-dwustopniowe dławienie. Najpierw-wysokociśnieniowy produkt gazowy jest dławiony do 10 barów, przechodzi przez mimośrodowy reduktor, pośrodku ustawiana jest monelowa płyta redukująca hałas, a następnie średnica rurociągu jest zwiększana przez mimośrodowy reduktor. Natężenie przepływu ośrodka tlenowego jest kontrolowane poniżej 10 m/s, a następnie jest dławione i odprowadzane do wieży tłumika. Element tłumika jest wykonany ze stali nierdzewnej.
Produkty azotowe-pod wysokim ciśnieniem: produkty azotowe są najpierw dławione do 10 barów, przechodzą przez płytę redukującą hałas ze stali nierdzewnej, a następnie przechodzą do wieży tłumika w celu dławienia i odpowietrzania. Element tłumika wykonany jest ze stali węglowej.
Zawór tlenu: nie może być obsługiwany ręcznie (zawór regulacyjny nie może mieć pokrętła ręcznego, a zawór ręczny jest umieszczony wewnątrz ściany-przeciwwybuchowej.
