Филипповский Н.Ф. Лекции по технологическим энергосистемам промышленных предприятий - файл n1.doc

Филипповский Н.Ф. Лекции по технологическим энергосистемам промышленных предприятий
скачать (14705.5 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc14706kb.03.12.2012 21:22скачать

n1.doc

  1   2   3   4
Продукты разделения воздуха и области их применения.

Состав воздуха (в расчете на сухую массу воздуха)



Газ

Хим. формула

Содержание % по объему

µ

Тн, К

р=760 мм.рт.ст.

1

2

3

4
5

6

7

8

9

азот

кислород

аргон

диоксид углерода

неон

гелий

криптон

водород

ксенон

N2

O2

Ar

CO2
Ne

He

Kr

H2

Xe

78,09

20,95

0,93

0,03
2·10-3

5·10-4

1·10-4

5·10-5

8·10-6

28

32

39,91

44
20,2

3,99

82,9

2,016

130,2

77,4

90,2

87,3

194,7

(сублимация)

27,1

4,2

119,8

20,4

165

+ содержатся водяные пары до (3-5)%.
CO2, He, H2 – не получают из воздуха. В других смесях их концентрация выше, чем в воздухе и производство будет дешевле.

CO2 – из продуктов сгорания;

He – из геленосных природных газов;

H2 – электролизом воды.

Воздух может быть загрязнен различными компонентами. Наиболее опасны с точки зрения процессов разделения воздуха – углеводороды.
Кислород и области его применения.

ГОСТ 5583-78 «Кислород газообразный, технический, медицинский».

Технический и медицинский – в газообразном и жидком виде;

Технологический – только в газообразном.

Технический:

1 сорт 99,7%

2 сорт 99,5% – содержание О2, остальное азот и аргон (0,3ч0,8%)

3 сорт 99,2%

Медицинский – технический О2 2-го сорта без ядовитых и дурнопахнущих веществ.

Ряд предприятий производят технологический О2 для себя, т.е. предъявляются требования того процесса, в котором используется. Обычно качество такого продукта ниже чем технического.

Потребители:

1. Химическая промышленность ?30% (аммиак, метанол, ацетилен, нефтепереработка)

2. черная металлургия ?60%

- получение стали (углерода до 1,8 %) ? 50%

- получение чугуна (углерода от 1,8 до 4,2%)?5%

- прокатное производство ?5%

Доменное производство: обогащают воздух, вдуваемый в печь или подаваемый в форсунки (до 30% О2, может использоваться технологический О2 низкого качества).

FeО + CO ? Fe + CO2 – основа доменного производства. (Ниже рисунки и формулы из учебника Химия – 9 класс.)

Домна:

С+О2=СО2+402 кДж

СО2+С= 2СО

3Fe2O3+CO=2Fe3O4+CO2

Fe3O4+CO=3FeO+ CO2

FeO+ CO=Fe+ CO2




Получают чугун с высоким содержанием С. Он хрупкий. Для превращения чугуна в сталь лишний С выжигают за счет продувки расплавленного чугуна кислородом в конверторе или мартеновской печи.



В прокатном производстве и множестве других производств кислород расходуется на автогенную резку металла. Нагретая сталь горит в струе кислорода с выделением тепла. За счет этого тепла разогреваются, а затем и горят, соседние участки металла.
2. химическая промышленность ?25%

- производство аммиака

- производство метанола

- производство ацетилена (С2Н2)

3. ракетная техника 10%

4. медицина и др. ?7%
Азот и области его применения.

ГОСТ 9293-74 «Азот газообразный и жидкий».

Азот может быть:

- высшего сорта 99,994% (содержание азота)

- 1 сорт 99,6%

- 2 сорт 99%

Использование:

1. консервация энергетического оборудования: останов котла ? заполняют его азотом ? защита от коррозии.

2. металлургия: азот используется в качестве защитной среды, предотвращающей окисление металла. (Например: если отжигать листовой прокат на воздухе, а не в азоте, то за 1 час получится одна окалина).

Защитная среда из Н2, N2, СО – обеспечивает неизменность состава стали при отжиге.

Аргон и области его применения.

Используется как инертный газ:

- защитная среда в металлургии;

- заполняют лампочки накаливания;

- сварка и плавка активных и редких металлов, сварка особо ответственных изделий.
Криптон, ксенон.

Заполняют лампы накаливания, галогеновые лампы: светоотдача выше – меньше потерь тепла от нити накаливания (?? при µ?). Кроме того ухудшаются условия испарения металла нити.
Неон.

Используется в электроосветительной технике: при пропускании электрического тока газ светится ярко красным цветом – маяки, реклама.
Способы разделения газовых смесей.

При разделении используются различные физические и химические свойства компонентов. Наиболее распространенные:

1. Конденсация или вымораживание одного из компонентов смеси. Необходима очень большая разница в Тн (например, осушка воздуха: вода 373 К и воздух около 80 К). Для разделения воздуха (отделение кислорода от азота) такой процесс не используется, т.к. температуры насыщения у этих веществ близки друг к другу.

2. Химическое поглощение

основано на разных химических свойствах

СО2 + 2NаОН ? Nа2CO3 + H2O – используется для очистки от СО2,

О2 + 2Н2 ? 2Н2О – для удаления кислорода из аргона. В принципе можно получить азот из воздуха, но используется редко.

3. Мембранные установки. Основа разделения здесь – различные коэффициенты диффузии компонентов материале мембраны.

4. Сорбция одного из компонентов:

- адсорбция – поглощение одного вещества на поверхности другого;

- абсорбция – поглощение в объеме вещества, практически процесс растворения одного вещества в другом.

При низкой температуре идет поглощение - сорбция, а при высокой – выделение вещества из сорбента - десорбция. Десорбцию можно проводить и при той же температуре за счет разницы парциальных давлений поглощаемого компонента.

5. Фракционное испарение или ректификация. При этом для разделения воздуха его нужно охладить до очень низких температур, поэтому данная технология применительно к воздуху называется криогенной технологией, а установки - Криогенными воздухоразделительными установками


Последние 3 метода используются для разделения воздуха.
До недавнего времени единственным промышленным способом разделения воздуха была криогенная технология, изобретенная 140 лет назад.

Главный ее минус в том, что она потребляет колоссальное количество энергии. А по нашей жизни, когда тарифы беспрестанно растут, аэнергосоставляющая в себестоимости играет доминирующую роль, этонепозволительная роскошь. Кроме того, криогенные установки так и остались громоздкими и сложными в эксплуатации устройствами.

В 50-е годы на рынке технологий появились воздухоразделительные станции, использующие безнагревной метод адсорбции, одно из названий которого – короткоцикловая адсорбция (КЦА). Данный метод быстро завоевал популярность в мире благодаря своей экономичности:

себестоимость получаемого кислорода низкая, сами установки довольно

компактны в сравнении с криогеникой, дают возможность регулировать

производительность и концентрацию полученного кислорода в широких

пределах без одновременного увеличения удельных энергозатрат. Однако

эксплуатация станций КЦА весьма хлопотна в связи с постоянной

необходимостью в контроле и наладке.

В конце 70-х годов революцию в индустрии производства газов

произвели мембраны. Этот способ разделения газов разрабатывался как

альтернатива дорогим и сложным технологиям криогенного и

адсорбционного газоразделения. С момента появления первых

промышленных образцов технология мембранного газоразделения

совершила огромный скачок.
Мембранные установки.

Газы растворяются в мембране с одной стороны и выделяются - с другой. Но скорость проникновения различных газов через мембрану зависит от коэффициента диффузии – чем больше коэффициент диффузии, тем быстрее проникает газ через мембрану.

Основой мембранной технологии разделения газов является мембрана, с помощью которой происходит разделение газов. Современная газоразделительная мембрана представляет собой отнюдь не плоскую пластину или плёнку, а полое волокно.



Для технологий мембранного разделения газов применяется современная половолоконная мембрана диаметром порядка миллиметра, состоящая из пористого полимерного волокна с нанесенным на его внешнюю поверхность газоразделительным слоем. Пористое волокно имеет сложную асимметричную структуру, плотность полимера возрастает по мере приближения к внешней поверхности волокна. Применение пористых подложек с асимметричной структурой позволяет разделять газы при высоких давлениях (до 6,5 MПа). Толщина газоразделительного слоя волокна не превышает 0,1 мкм, что обеспечивает высокую удельную проницаемость газов через полимерную мембрану. Существующий уровень развития технологии позволяет производить полимеры, которые обладают высокой селективностью при разделении различных газов, что, соответственно, обеспечивает высокую чистоту газообразных продуктов.

Современный мембранный модуль, используемый для технологии мембранного разделения газов, состоит из сменного мембранного картриджа и корпуса. Плотность упаковки волокон в картридже достигает значений 500-700 квадратных метров волокна на один кубический метр картриджа, что позволяет минимизировать размеры газоразделительных установок.

Корпус модуля имеет один патрубок для входа исходной смеси газов и два патрубка для выхода разделенных компонентов.

Разделение смеси с помощью мембранной технологии происходит за счет разницы парциальных давлений на внешней и внутренней поверхностях половолоконной мембраны. Газы, «быстро» проникающие через полимерную мембрану (например, H2, CO2, O2, пары воды, высшие углеводороды), быстрее выходят из волокон и удаляются снаружи. Газы, «медленно» проникающие через мембрану (например, CO, N2, CH4), проходят по волокну и выходят из мембранного модуля через второй выходной патрубок.




Минимальная работа разделения газовой смеси.

Определим эту работу на базе разделения смеси газов с помощью мембраны. Если взять идеальную мембрану, то один из компонентов смеси пройдет через нее – выделится в чистом виде, казалось бы без затрат энергии, но даже при бесконечном времени процесса давление прошедшего через мембрану компонента будет равно парциальному давлению данного компонента в исходной смеси, а не давлению смеси. Задачей же разделения газовой смеси является получение всех компонентов при исходном давлении смеси, поэтому каждый газ необходимо сжать от парциального давления до давления смеси. Наименьшей такая работа будет в изотермическом процессе сжатия. Это и будет минимальной работой выделения данного компонента.
– изотермический процесс

– объемная концентрация данного компонента, тогда

,

В любом реальном процессе разделения смеси работа Lдейств будет больше минимальной

– КПД разделения
Адсорбционная технология

Адсорбция - это поглощение газа поверхностью твердого тела за счет сил межмолекулярного взаимодействия молекул газа и молекул твердого тела.

Адсорбент - это высокопористое твердое вещество, обладающее большой удельной поверхностью пор и способное поглощать (адсорбировать) молекулы различных газов.

В генераторах кислорода и азота адсорбенты используют в виде гранул размером 0,5-5мм. Гранулированный адсорбент засыпают в емкости (обычно цилиндрической формы), которые называют адсорберами.

Величина адсорбции - количество газа, поглощенное одним граммом адсорбента. Величина адсорбции зависит от давления газа и температуры.

    Адсорбенты, применяемые в генераторах кислорода и азота

Молекулярные сита - это пористые неорганические твердые тела, состоящие из множества пористых кубических цеолитных кристаллов микронных размеров. Цеолитные кристаллы и являются действующим началом молекулярных сит. Термин «Цеолит» описывает семейство кристаллических алюмосиликатов щелочных или щелочноземельных металлов [( Na, K....),( Ca, Md, Sr, Ba...)] 

Тип А.

Базовый материал - алюмосиликат натрия с диаметром пор 4 А0 (т.е. 4 нм  или 4. 10 -8см ), что соответствует цеолиту с коммерческим названием  4А  (NaA ). Данную структуру можно представить следующей химической формулой:  
Na12[Al12Si22O48]* 27H2O. Замещение катионов натрия на Са приводит к увеличению диаметра отверстий до 5А0; 3А (КА)- получают замещением натрия калием. 

В генераторах кислорода применяют синтетические цеолиты. Величина адсорбции азота на цеолитах приблизительно в 2 раза выше, чем кислорода за счет отличий физических свойств молекул этих газов. Это дает возможность построить процесс очистки воздуха от азота.

В генераторах азота применяют синтетические углеродные молекулярные сита. Величины адсорбции азота и кислорода на этих адсорбентах приблизительно одинаковы. Но скорость поглощения азота в десятки раз ниже скорости поглощения кислорода. Это связано с тем, что диаметр молекулы азота немного превосходит диаметр молекулы кислорода. При синтезе молекулярных сит подбирают такой диаметр входа в адсорбирующие поры, чтобы молекулы кислорода проникали в них легко, а молекулы азота - с затруднением. Разница в скоростях поглощения молекул кислорода и азота является основой для построения процесса очистки воздуха от кислорода.

    Принцип работы адсорбционных генераторов кислорода и азота

В основе работы адсорбционных генераторов кислорода и азота лежит процесс короткоцикловой безнагревной адсорбции (PSA - "Pressure Swing Adsorption" по зарубежной терминологии), отличительными чертами которого являются:

Цикл процесса состоит не менее чем из двух стадий с временем цикла от 5-10 с до 3-5 минут;

На первой из стадий ("адсорбция") происходит поглощение адсорбентом преимущественно одного из компонентов с получением первого продукционного потока. На второй стадии ("регенерация") поглощенный компонент выделяется из адсорбента и отводится в качестве второго продукционного потока или сбросного газа;

Процесс протекает при температуре окружающей среды;

В течение цикла происходят колебания давления с амплитудой от 3 до 10 атм. В настоящее время разработаны схемы с меньшими амплитудами давлений. Так фирма «Линдэ» разработала установку для производства кислорода с чистотой до 92% производительностью 4 тыс.куб.м. кислорода в час. С давлением воздуха в процессе поглощения азота, СО2 и влаги всего 0,13 МПа (абс), а при десорбции этих газов создают разрежение порядка 0,05 МПа.

Работа простейшего генератора кислорода

Генератор состоит из двух адсорберов (обычно цилиндрические емкости) А и В, заполненных гранулированным цеолитом. Воздух под давлением 4-6 атмосфер проходит через один из периодически переключающихся электромагнитных клапанов в адсорбер A. Цеолит поглощает преимущественно азот, а кислород проходит через слой адсорбента и через обратный клапан поступает в ресивер. В это же время в адсорбере B происходит понижение давления и выброс накопленного азота.

Кроме того, часть кислорода из адсорбера А поступает через дроссельное устройство в адсорбер В и дополнительно вытесняет из него накопленный азот. Через время полуцикла адсорберы обмениваются своими функциями. Адсорбер В задерживает азот и продуцирует кислород, а адсорбер А освобождается от накопленного азота. Такой цикл повторяется многократно.

Извлеченный из воздуха концентрированный кислород накапливается в ресивере и может расходоваться в необходимых количествах. Генератор полностью автоматизирован и работает без непосредственного участия человека. Таким образом, генератор кислорода является, по сути, устройством очистки воздуха от азота циклического типа с автоматической регенерацией (восстановлением свойств) адсорбента в каждом цикле работы.



    Работа простейшего генератора азота

Генератор азота работает приблизительно так же, как и генератор кислорода. Отличие заключается в том, что адсорберы заполняют гранулированным углеродным молекулярным ситом. При прохождении воздуха через слой адсорбента кислород с легкостью им поглощается, а азот, поглощаемый с меньшей скоростью, проскакивает в конец слоя и поступает в ресивер. Использование двух адсорберов позволяет реализовать циклический процесс очистки воздуха от кислорода с автоматической регенерацией (восстановлением свойств) адсорбента в каждом цикле работы.

   

Почему максимальная концентрация кислорода, вырабатываемого генератором кислорода без применения дополнительного блока очистки, не превосходит 95,5%?

Состав сухого воздуха приблизительно таков: азот - 78%, кислород - 21%, аргон - 1%. Остальные газы содержатся в пренебрежимо малых количествах. Например, содержание следующего по количеству углекислого газа составляет всего 0,03%. Молекулы кислорода и аргона обладают одинаковыми физическими свойствами по отношению к цеолиту. Поэтому в генераторе кислорода обогащение воздуха кислородом и аргоном происходит в равной степени и составляет приблизительно 4,5 раза. Таким образом, наилучший состав продукционного газа, вырабатываемого генератором кислорода, таков: кислород - 95,5%, аргон - 4,5%.



Криогенная технология

Технология разделения воздуха с помощью криогенных температур на основные газовые компоненты известна очень давно. Принцип работы криогенных установок основан на сжижении воздуха и последующем его разделении на азот, кислород и аргон.

Такой способ получения газов называется разделением воздуха методом глубокого охлаждения. Сначала воздух сжимается компрессором, затем, после прохождения теплообменников, расширяется в машине-детандере или дроссельном вентиле, в результате чего охлаждается до температуры 93 К и превращается в жидкость.

Дальнейшее разделение жидкого воздуха, состоящего в основном из жидкого азота и жидкого кислорода, основано на различии температуры кипения его компонентов: кислорода - 90,18 К, азота - 77,36 К. При постепенном испарении жидкого воздуха сначала выпаривается преимущественно азот, а остающаяся жидкость всё более обогащается кислородом. Повторяя подобный процесс многократно на ректификационных тарелках воздухоразделительных колонн, получают жидкие кислород, азот и аргон нужной чистоты.
Фракционное испарение или ректификация.
1. Испарение и конденсация воздуха без отвода испарившейся части.

В стационарном состоянии и при заданных Р и t концентрация N2 и О2 в паре будет не равна концентрации N2 и О2 в жидкости.
В первую очередь испаряется N2 (;), т.к у N2 более низкая температура кипения ? N2 составляет более летучую часть жидкого воздуха.

Наряду с азотом, но в меньшей степени, из жидкого воздуха будет испаряться и кислород, но в жидкости всегда содержится больше кислорода, чем в паре, а в паре – больше азота, чем в жидкости.

N2 как более летучая часть жидкости переходит в пар в большем количестве, чем О2, который остается преимущественно в жидкости.

Повышая давление, при котором происходит процесс испарения жидкой N22 смеси, уменьшается различие между составами пара и жидкости ? процесс разделения методом ректификации стремятся проводить при невысоком давлении.





х, у – концентрация N2 в жидкой и паровой фазах

хо: 79% N2 и 21% О2 –жидкий воздух начинает испаряться при этом в паровой фазе будет концентрация азота уо= 93,7%. Если отвода испарившейся части нет, то в конце пар будет состоять из 79% азота – точка В, а в последней капле жидкости будет всего 48,5% N2 и 51,5% О2.
Конденсация наоборот начинается с точки В и приходит в точку А:
2. Процесс испарения с отводом испарившейся части (отвод пара).
Хо, уо – начальное состояние; в конце – чистый О2 : чем чище, тем меньше.

М – доля испарившейся жидкости.

Процесс не выгоден по расходу энергии.

Конденсация

N – доля сконденсировавшегося пара

Активней конденсируется О2 ? концентрация N2 в паре увеличивается ? в остатках пара – чистый азот.
3. Многократное фракционное испарение.

Рассмотрим упрощенную схему многократного испарения и кон­денсации жидкого воздуха (рис. 3.7), воспользовавшись также графиком на рис. 3.2. Для этого принимаем, что воздух представля­ет собой двойную (бинарную) смесь, т. е. состоит только из кис­лорода и азота. Пусть имеется несколько сосудов (/—V) и в верх­нем из них находится жидкий воздух, содержащий 21% кислорода.

Предположим, что в сосуде // находится жидкость, содержа­щая 30%, в сосуде /// — 40%, в сосуде IV50% и в сосуде V — 60% кислорода. Начнем испарять жидкость в сосуде V при абсо­лютном давлении 1 кгс/см". В этом случае, как легко определить по рис. 3.2, над жидкостью в сосуде V, содержащей 60% кислорода и 40% азота, может находиться равновесный по составу пар, в котором 73,5% азота или 26,5% кислорода, имеющий темпера­туру, равную температуре жидкости в сосуде. Подводим этот пар в сосуд IV, где жидкость содержит только 50% кислорода и 50% азота и поэтому является более холодной. Из рис. 3.2 видно, что над этой жидкостью пар может состоять лишь из 81% азота и 19% кислорода, и только в этом случае его температура будет равна температуре жидкости в данном сосуде. Следовательно, под­водимый в сосуд IV из сосуда V пар, содержащий 26,5% кислоро­да, имеет более высокую температуру, чем жидкость в сосуде IV; поэтому кислород пара конденсируется в жидкости сосуда IV, а часть азота из нее будет испаряться. В результате жидкость в сосуде IV обогатится кислородом, а пар над нею —азотом.

Из сосуда IV. пар, в котором 19% кислорода, отводится в со­суд ///, где жидкость содержит 60% азота, 40% кислорода и имеет более низкую температуру; пар над нею должен состоять из

86% азота и 14% кислорода. Следовательно, пар из сосу­да IV будет конденсировать­ся в жидкости сосуда ///, .оставляя в ней часть своего .кислорода и испаряя из жидкости азот, i Те же рассуждения мож­но провести для последую­щих сосудов. При сливе из верхних сосудов в нижние жидкость постепенно обога­щается кислородом, конден­сируя его из поднимающих­ся паров и отдавая им свой азот.

Продолжая процесс

вверх, можно получить в конце пар, состоящий почти из чистого азота, а спуска­ясь вниз,— чистый, жидкий кислород. В действительно­сти этот процесс происходит много сложнее, чем мы его описали. Тем не менее, приведенная схема дает представление о сущности процесса ректификации и способе его осуществления.
Ректификация.

Однократная ректификация.

На рис. 4-22 показана схематически разделительная колонна одно­кратной ректификации. Внизу колонна имеет испарительный сосуд, на­полненный жидким кислородом. В этот кислород погружен змеевик, через который проходит сжатый, предварительно охлажден­ный в теплообменнике воздух. В колонне цилиндрической формы расположены горизон­тально тарелки в количестве, необходимом для осуществле­ния процесса ректификации.

Сжатый воздух, проходя через змеевик испарительного сосуда, конденсируется, вызы­вая испарение жидкого кисло­рода. Сконденсировавшийся сжатый воздух проходит через дроссельный вентиль и подает­ся в верхнюю часть колонны, причем часть его испаряется, а значительная часть стекает вниз, приходя в тесный кон­такт с поднимающимися па­рами.

Стекающая вниз жидкость обогащается кислородом, отби­рая его у поднимающихся паров.

При достаточном числе та­релок в колонне можно полу­чить в испарителе чистый жид­кий кислород. Получаемый кис­лород может отводиться в жидком или газообразном виде. Пары, уходящие из колонны, в идеальном случае будут находиться в равновесном состоянии с жидкостью в верхней тарелке колонны, т. е. уходящий азот должен содержать около 7% кислорода, что влечет за собой потерю примерно 35% кислорода, содержащегося в воздухе.

Разделительные колонны однократной ректификации в большинстве случаев изготовляются насадочного типа.
б) Разделительные колонны двукратной ректификации

Для получения более значительного выхода кислорода применяются колонны двукратной ректификации (рис. 4-23). Разделительная колонна состоит из нижней колонны, в которой процесс происходит при давлении 5—6 ата, и верхней, работающей под небольшим избыточным давлением 1,3—1,4 ата. Между этими колоннами помещен конденсатор, который одновременно является испарителем для верхней колонны.





Испарение кислорода в межтрубном пространстве конденсатора при давлении 1,3—1,4 ата происходит за счет конденсации паров азотз в трубках конденсатора при давлении 5—6 ата. Давление в нижней ко­лонне должно быть достаточным, чтобы создать необходимую разность температур (At=2—3° С) между испаряющимся кислородом и конденси­рующимися парами азота. При таком способе ведения процесса отпадает необходимость в постороннем теплоносителе для кипения жидкого кислорода и охлаждающем агенте для охлаждения пара в конденсаторе. Вза­мен этих агентов действу­ют потоки воздуха, кис­лорода и азота при раз­личных давлениях.

Воздух высокого дав­ления проходит через змеевик испарительного сосуда и вызывает испа­рение кубовой жидкости с содержанием 36—45% .кислорода. Далее воздух высокого давления прохо­дит через воздушный рас­ширительный вентиль и давление его .понижается до 5 ата.

В нижней колонне происходит предваритель­ное разделение воздуха, п-ричем в верхней части получается чистый азот и в нижней — жидкий воз­дух, обогащенный кисло­родом до 36—45%.

Пары азота в конден­саторе конденсируются и в виде жидкости текут вниз, причем одна часть жидкости попадает в азот­ные карманы, другая часть стекает вниз по ко­лонне и постепенно обо­гащается кислородом.

Жидкость, обогащен­ная кислородом, из испа­рительного сосуда по­падает через дроссельный вентиль в среднюю часть верхней колонны, а жидкий азот —в верхнюю часть и в качестве флегмы обе жидкости текут вниз навстречу поднимаю­щимся парам азота, имеющим примерно на 3° более высокую темпера­туру.

Чистый газообразный кислород отводится из верхней части конден­сатора, а газообразный азот из верхней части колонны направляется в теплообменники.


Между верхней и нижней колоннами – конденсатор-испаритель (теплообменный аппарат с плавающей головкой), состоящий из большого числа вертикальных трубок. Внутреннее пространство трубок сообщается с нижней колонной, работающей под избыточным давлением Рниж.кол; межтрубное пространство сообщается с верхней колонной, работающей под избыточным давлением Рверх.кол=1атм.

Верхн. колонна: ; при Рверх.кол.?1,2МПа

Ниж. колонна: при Рниж.кол.?0,6МПа

? азот конденсируется и стекает в нижнюю колонну, орошая ее насадку, расположенную выше места ввода жидкого воздуха из испарителя, и обеспечивая процесс ректификации на ней.

Часть жидкого азота собирается в карманах конденсатора и через азотный дроссельный вентиль подается на орошение верхней тарелки колонны. В ту же колонну ? на уровне 2/3 ее высоты, через кислородный дроссельный вентиль подается жидкая азотно-кислородная смесь (кубовая жидкость).

В результате ректификации в верхней колонне, в межтрубном пространстве конденсатора собирается жидкий кислород (99,5ч99,8%). Пары его частично поднимаются вверх по колонне и участвуют в процессе ректификации, а частично отводятся как готовый продукт.

Азот (97ч98%) из верхней части колонны удаляется в атмосферу ? меньше потери кислорода.

Задача нижней колонны – получение чистого жидкого азота.

Во всей колонне у компонентов Т=Тн

Самая высокая температура: в самой нижней точке;

Самая низкая температура: наверху, т.к там самая высокая концентрация азота, давление низкое.
  1   2   3   4


Учебный материал
© bib.convdocs.org
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации