I. Uvod u jedinicu za odvajanje vazduha
Takozvana{0}} jedinica za odvajanje zraka, jednostavnim riječima, je uređaj koji odvaja glavne komponente plina u zraku. Duboko hladi vazduh do tečnog stanja i koristi različite tačke ključanja komponenti tečnog vazduha da postepeno odvaja kiseonik, azot i argon. Vazduh takođe sadrži retke gasove kao što su helijum, neon, argon, kripton, ksenon, radon, kao i nečistoće poput vlage, ugljen-dioksida i prašine, koje sve treba odvojiti i prečistiti. Za većinu tvornica, glavni zadatak jedinice za odvajanje zraka je odvajanje i proizvodnja čistog kisika, dušika, argona itd.
(I) Uvod principa
Glavne komponente vazduha su azot, kiseonik i argon, tako da je glavna svrha separacije dobijanje ova tri čista gasa.
Glavne nečistoće u zraku su vlaga, ugljični dioksid i ugljovodonici.
Odvajanje zraka je uklanjanje štetnih nečistoća iz zraka i razdvajanje miješanog plina na "čiste" plinove kao što su dušik, kisik i argon.
Osnovni princip odvajanja vazduha je da azot, kiseonik i argon u vazduhu imaju različite tačke mehurića (tačke rose, tačke ključanja) i da se razdvajaju destilacijom. Njihove tačke ključanja su: N₂: -195,8 stepeni; O₂: -183,0 stepeni; Ar: -185,7 stepeni.
Proces destilacije: Na ploči za destilaciju, zasićena para sa višom temperaturom i zasićena tečnost sa nižom temperaturom su u punom kontaktu. Zasićena para oslobađa toplotu zasićenoj tečnosti i delimično se kondenzuje; zasićena tečnost apsorbuje toplotu i delimično isparava. Kiseonik je komponenta visoke-tačke-tačke ključanja i više se kondenzira u tečnu fazu; azot je komponenta niske -tačke{5}}tačke ključanja i više isparava u gasnu fazu.
II.Uvod u tok procesa
Trenutni tok procesa odvajanja zraka je otprilike sljedeći: atmosfera se prvo komprimira sistemom kompresije, zatim ulazi u sistem pred- za preliminarno hlađenje, zatim ulazi u sistem za prečišćavanje kako bi se uklonile neke nečistoće kao što su vlaga i ugljični dioksid, a zatim se dalje hladi sistemom za izmjenu topline, a zatim ulazi u hladnu kutiju za destilaciju, sistem za ekspandiranje i sl. glavni tornjevi, glavno hlađenje, pumpe za tečnost i druga oprema, a proces destilacije je završen u ovom sistemu) i konačno ulazi u rezervni sistem kao što je gasifikacija proizvoda, kompresija i skladištenje.
III. Uvod u sistem (ili opremu) jedinice za odvajanje vazduha
(I) Sistem kompresije
Na početku sistema za kompresiju vazduha nalazi se filter za vazduh koji se koristi za filtriranje mehaničkih nečistoća u vazduhu. Tu su uglavnom samočisteći filteri za vazduh; svrha kompresije je pred-komprimiranje zraka, a oprema uglavnom uključuje parne turbine, vazdušne kompresore, kompresore itd.
Filter za samočišćenje: Općenito, kako se zapremina gasa povećava, povećava se broj filterskih uložaka, a broj slojeva je također veći. Dvoslojni-slojni za nivo od 25.000 i više, i troslojni za nivo od 60.000 i više; jedan kompresor mora biti opremljen posebnim filterom, a postavljen je prema vjetru.
Parna turbina: para visokog-pritiska se širi da bi obavila posao, pokrećući koaksijalno radno kolo da se okreće, čime se postiže rad na radnom fluidu. Uobičajeni oblici uključuju potpunu kondenzaciju, puni povratni pritisak i ekstrakcijsku kondenzaciju, a češće se koristi ekstrakcijska kondenzacija.
Vazdušni kompresor: Velike jedinice za odvajanje zraka uglavnom koriste izotermne centrifugalne kompresore s jednom-osovinom. Potrošnja energije iz uvoza je oko 2% manja od domaće, a investicije su veće za 80%; izlaz je odzračen, a povratni cjevovod nije postavljen. Postoji minimalni usisni protok protiv -prenapona, a ulazna vodeća lopatica se koristi za regulaciju protoka. Uvozne i domaće jedinice su sve četiri-stepene kompresije i trostepeno-hlađenje (poslednja faza nije hlađena). Glavni vazdušni kompresor je opremljen sistemom za pranje vodom za pranje naslaga na površini radnog kola i voluta na svakom nivou, što je kompletan set sa glavnim motorom.
Booster: Velike jedinice za odvajanje zraka uglavnom koriste izotermne centrifugalne kompresore s jednom-osovinom i centrifugalne kompresore sa zupčanicima. Među njima, tip zupčanika ima veću prednost u potrošnji energije, posebno u uslovima sa relativno velikim pritiskom.
(II) Sistem predhlađenja
Funkcija sistema za predhlađenje je da prethodno ohladi vazduh kako bi se voda, ugljen-dioksid, prašina i druge nečistoće u komprimovanom vazduhu mogle prečistiti u sledećem koraku. Glavna oprema uključuje toranj za hlađenje zraka, toranj za hlađenje vode, pumpe za rashladnu vodu i rashladnu vodu itd.
Vazdušni rashladni toranj: Postoje dva oblika: zatvorena cirkulacija (kula za hlađenje vazduha je podeljena na dva dela, gornji i donji deo, a rashlađena voda cirkuliše između gornjeg dela vazdušnog rashladnog tornja i vodenog rashladnog tornja) i otvorena cirkulacija (u sistem cirkulacije vode). Zatvorena cirkulacija se uglavnom koristi u hemijskim postrojenjima sa lošim kvalitetom vode, koja se mora dopuniti slatkom vodom i hemikalijama; Otvorena cirkulacija je široko rasprostranjena, ali sistem cirkulacijske vode takođe treba redovno dopunjavati slatkom vodom, a moraju se uzeti u obzir i ljetni uslovi rada. Njegov dizajn je općenito 1 metar φ76 kuglični prsten od nehrđajućeg čelika (otpornost na visoke temperature) na dnu, 3 metra φ76 ojačani polipropilenski kuglični prsten (veliki fluks) i 4 metra φ50 ojačani polipropilenski kuglični prsten.
Vodeni rashladni toranj: postoje dva tipa: dvostepeni tip (kada nema eksternog izvora hladnoće, hladni kapacitet suvog prljavog azota se u potpunosti obnavlja kako bi se osigurao sistem pred-hlađenja, ali je otpor dvostruko veći, 7 metara + 7 metara φ50 polipropilenski kuglični prsten) i jednostepeni izvor hladnoće{5} φ50 polipropilenski kuglični prsten).
Ostalo: Općenito, svi ulazi za vodu u pred-sistemu za hlađenje moraju biti opremljeni filterima (obično 6 jedinica: 4 pumpe za vodu, ulaz vode u toranj za hlađenje vode i ulaz vode na stranu za isparavanje rashladnog uređaja) kako bi se spriječilo ulazak nečistoća u sistem. Test efekta je: izlazni gas donje 4-metarske sekcije pakovanja je 1 stepen niži od ulazne vode; izlazni gas gornjeg dijela pakovanja od 8 metara je 1 stepen viši od vode. Općenito, termometar se postavlja na sredini tornja za hlađenje zraka (proširuje se u unutrašnjost).
(III) Sistem prečišćavanja
Funkcija sistema za prečišćavanje je uklanjanje nečistoća kao što su vlaga, ugljični monoksid, ugljični dioksid, vodonik i ugljovodonici u zraku kako bi se osigurala čistoća dušika, kisika i argona u zraku. Adsorberi koji se koriste su vertikalni aksijalni tok, horizontalni dvoslojni sloj i vertikalni radijalni tok.
Vertikalni aksijalni protok: uglavnom se koristi za opremu za odvajanje zraka ispod nivoa od 10.000 (prečnik je dostigao 4,6 m), debljina sloja 1550∽2300 mm, može se urediti dvoslojni-ili jednoslojni-, a raspodjela protoka zraka je najbolja.
Horizontalni dvoslojni ležaj: uglavnom se koristi za velike i srednje{1}}opreme za odvajanje zraka, debljina sloja 1150 mm (molekularno sito) + 350 mm (aluminijski gel).
Vertikalni radijalni tok: može efikasno iskoristiti unutrašnji prostor kontejnera, tako da se površina adsorpcionog sloja istog prečnika proširi za oko 1,5 puta, efektivno smanjuje visinu tornja, a metoda vertikalnog postavljanja zauzima manju površinu. Budući da je protok zraka ravnomjerno raspoređen, za razliku od neravnomjernog strujanja zraka horizontalnog adsorbera, količina molekularnog sita je smanjena za 20%, a potrošnja energije regeneracije također je ušteđena za 20%. Međutim, nedostatak je što je centar strujanja zraka koncentrisan (oblast u obliku ventilatora-), a vrijeme prodiranja je brže od horizontalnog tipa (potrebno je CO₂<0,5ppm). Debljina sloja je 1000mm+200mm, što može zadovoljiti konfiguraciju opreme za odvajanje zraka iznad 20.000 nivoa.
IV Sistem razmene toplote
Svrha sistema za razmenu toplote je da dodatno ohladi vazduh za sledeću destilaciju. Izvor hladne energije je isparavanje dijela zraka kroz turbinski ekspander. Njegova struktura je više-slojna ploča-tipa peraja. Logistika između susjednih kanala se dobro razmjenjuje toplinom kroz rebra. Koristi se za hlađenje komprimovanog zraka koji je adsorbiran molekularnim sitom za uklanjanje vode i CO₂. Svaki refluksni gas (tečnost) se ovde zagreva na sobnu temperaturu.
Strogo govoreći, dizajn višestrukih tokova miješanih medija u istom izmjenjivaču topline može automatski uravnotežiti prijenos topline svakog medija i minimizirati potrošnju energije. Međutim, za proces unutrašnje kompresije, svi izmjenjivači topline će biti izmjenjivači topline visokog{1}}pritiska, što će povećati ulaganja. Stoga je ekonomičnije odvojiti visoki i niski pritisak za interne kompresijske izmjenjivače topline iznad 20.000 nivoa, a svi izmjenjivači topline visokog{5}}pritiska su konfigurisani ispod 20.000 nivoa.
V Sistem frakcionisanja
Svrha sistema za frakcionisanje je frakcionisanje prečišćenog i duboko ohlađenog komprimovanog vazduha u kiseonik, azot, argon, itd. korak po korak. Glavna oprema je rashladna kutija (uključujući glavni toranj, glavno hlađenje, pothlađivač, toranj sirovog argona, pumpu za tekući kisik, pumpu za tekućinu itd.).
Hladna kutija: To je kvadratna ili okrugla metalna konstrukcija, koja je najviši simbol radionice za odvajanje zraka. Napunjena je bisernim pijeskom kako bi se smanjio gubitak hladnoće. Vazduh se odvaja u rashladnoj kutiji kroz efekat destilacije na ploči tornja i pakovanju.
Destilacioni toranj: Tijelo tornja je cilindrično, sa više slojeva sitastih ploča u donjem tornju, na ploči sita je postavljena preljevna kanta, preljevna pregrada i gusto prekrivena malim rupicama; gornji toranj je opremljen redovnim pakovanjem i razdjelnikom tekućine. Tokom destilacije u donjem tornju, tečnost teče kroz svaku ploču sita od vrha do dna jedan po jedan. Zbog efekta prelivne brane, na pedali se formira određena visina nivoa tečnosti. Kada gas prođe kroz male rupe na ploči sita odozdo prema gore, dolazi u kontakt sa tečnošću i stvara mehuriće, povećavajući površinu kontakta gasa{3}}tečnosti, čineći razmenu toplote i mase efikasnom. Komponente sa niskom-tačkom ključanja postepeno isparavaju, a komponente sa visoko-tačkom ključanja postepeno se ukapljuju. Na vrhu tornja se dobija čisti azot sa niskom tačkom ključanja, a na dnu tornja dobijaju se tečne komponente vazduha-bogate kiseonikom sa visokom tačkom ključanja. Tokom destilacije u gornjem tornju, gas prolazi kroz razvodnik i diže se duž ploče za pakovanje. Tekućina se ravnomjerno raspoređuje po ploči za pakovanje od vrha do dna kroz razdjelnik vode. Na površini pakovanja, gas i tečnost su u potpunom kontaktu radi efikasne razmene toplote i mase. Nisko-sadržaj kiseonika sa niskom tačkom ključanja u rastućem gasu nastavlja da raste, a kiseonik sa visokom tačkom ključanja se ispere u velikim količinama da bi se formirala refluksna tečnost, i konačno niska -tačka ključanja čisti azot se dobija na vrhu tornja, a visoka tačka ključanja na dnu tečnosti se dobija u boi.
VI Rezervni sistem skladištenja i isparavanja
Čuvajte, isparite i punite frakcionisani tečni kiseonik, tečni azot i tečni argon. Glavna oprema uključuje rezervoar za kriogenu tečnost, isparivač, pumpu za punjenje boca, platformu za punjenje itd.
Kiseonik{0}}proizvodi niskog pritiska i azota: postavite ventil za regulaciju proizvoda i put protoka za odzračivanje, odzračivanje u prigušivač (unutrašnji dijelovi dušika su ugljični čelik, unutrašnji dijelovi kisika su od nehrđajućeg čelika).
Prljavi azot: postavite na odzračivanje u rashladni toranj za vodu (za odzračivanje prljavog azota, izdvajanje regenerisanog gasa i podešavanje pritiska u gornjem tornju). Prečnik tornja za hlađenje vode je potreban da bi se ispunili zahtjevi za pražnjenje. Naročito kada se unese azot, pritisak u gornjem tornju se ne može podići. Otpor tornja za hlađenje vode je 6kPa (8 metara visoko pakovanje), cevovod i ventil su 4kPa, a razlika pritiska u atmosferi je 2kPa, ukupno 12kPa.
Proizvodi kiseonika-visokog pritiska: za odzračivanje se koristi dvostepeno prigušivanje. Najprije se proizvodni plin-pritiska prigušuje na 10barG, prolazi kroz ekscentrični reduktor, monel ploča za smanjenje buke se postavlja u sredinu, a zatim se promjer cjevovoda širi kroz ekscentrični reduktor. Brzina protoka kisikovog medija se kontrolira ispod 10 m/s, a zatim se prigušuje i ispušta u toranj prigušivača. Element prigušivača je od nerđajućeg čelika.
Azotni-proizvodi pod visokim pritiskom: Azotni proizvodi se prvo prigušuju na 10 bara, prolaze kroz ploču za smanjenje buke od nehrđajućeg čelika, a zatim prolaze u toranj prigušivača radi prigušivanja i odzračivanja. Element prigušivača je ugljični čelik.
Ventil za kiseonik: Neophodno je da se ne upravlja ručno (regulacioni ventil je zabranjen da ima ručni točak, a ručni ventil je postavljen unutar zida otpornog na eksploziju{0}}).
