Машины для промышленного разделения воздуха.

Подготовка воздуха к промышленному разделению.

При промышленном получении кислорода и азота, исходным сырьём служит атмосферный воздух, который содержит в несвязанном состоянии азота-78 об%, кислорода – 21 об%, аргона – 0,93 об%, Неон, криптон, ксенон, гелий, азот, СО2. Кроме того: водяной пар, мех примеси, газообразные продукты промышленных выбросов(СО, SO2, сернистый газ, метан, закись азота, ацетилен, аммиак, диоксид азота.)

Очистка в-ха от мех примесей – в фильтрах. Конструкция фильтра зависит от количества воздуха. При небольших расходах (до2000 м3/ч) очистка осущ в масляных секционных фильтрах. В качестве фильтрующих элементов- кассеты с кольцами Рашига, смоченных в масле. Скорость воздуха, отнесенная к сечению – 0,3-0,5 м/с. При работе фильтра вне помещения необходимо применять низкотемпературное масло. При расходе больше 2000 мб установлены параллельные фильтры. При больших расходах применяют самоочищающиеся фильтры непрерывного действия. Использование масляных фильтров способствует загрязнению воздуха, который впоследствии поступает на всас турбокомпрессора . Для очистки воздуха применяют сухие фильтры с пористыми насадками и электрофильтры.

Осушение.Используют 2 способа: Адсорбционное и вымораживание.

В кислородном производстве в качестве адсорбентов применяют силикагель, активный глинозём, активный оксид алюминия, и цеолиты. Наиб применение – цеолиты и активный глинозём. Адсорбционный узёл осушки состоит из фильтра влагоотделителя (для улавливания капельной влаги после компремирования воздуха), адсорбера, фильтра для улавливания пыли и системы регенерации адсорбента. Регенерация адсорбента, активного глинозёма осущ-ся нагретым до 280 градусов азотом. Окончание регенерации определяется по температуре азота, на выходе из узла осушки. Для азота используют Эл подогреватели. При осушке вымораживанием, воздух после компрессора проходит через 2 ТОА рекуперативного типа. В первом ТОА ожижителе, в-х охлаждается до 5 градусов, при этом удаляется основанная часть водяного пара. В 2м ТОА вымораживателе, в-х охлаждается до -40. Влага выдел-ся в ТОА отводится с помощью влагоотделителя. Для непр работы необходим 3й ТОА вымораживатель, , который Вов ремя работы второго ТОА, освобождается от уловленной влаги. Для этого ТОА обогревается, а влагу (из льда) удаляют продувкой. Все 3 ТОА монтируются в 1м блоке. Для охлаждения в-ха используется продукты разделения воздуха, поступающие из ректификационной колонны.

Очистка от СО2. При работе воздухоразделительных апп-в, содержащийся в воздухе СО2 0,003об% при низких температурах переходить в твёрдое состояние минуя жидкое. При этом образуются ледяные пробки, что мешает нормальной работе оборудования. Например при Р=100кПа, переход СО2 в ТВ состояние происходит при температуре -78,9. Для очистки в-ха от СО2 прим несколько способов. Химический. Основан на поглощении СО2 водным раствором едкого натра. На поглощение одного кило СО2 расходуется 1,82 кг. Аппараты, работающее на этом способе, работают при давлении 1,8МПа, и включаются между ступенями сжатия компрессора. В качестве таких аппаратов м использоваться вертикальные декабонизаторы и скрубберы, работа которых сводится к пропусканию воздуха через насадку с кольцами Рашига, смачиванию циркуляционным раствором щёлочи. «-» громоздкость оборудования, сложная эксплуатация, не экономичность. Адсорбционный. Более прогрессивный. В качестве адсорбентов – силикагель, акт уголь, синтетические цеолиты. При работе с селикогелем или акт углём в-х предварительно осушается и охлаждается до т-ры ниже 135. Регенерация адсорбентов осущ-ся продуктами разделения в-ха при 20 градусах. Этот способ проще химического, он способствует одновр-му удалению аммиака. «-» При очистке в-ха высокого давление, необходим большой запас прочности, что приводит к большому расходу ме. Недостаток устр-ся при исп-ии синтетических адсорбентов – не надо охл-ть в-х, тк процесс идёт при 20 градусах. Одновр. в-х оч-ся от влаги и СО2.Для охл-я и нагр-я в-ха исп-т трубчатые ТОА из меди, алюминия, латуни. Треб-я к ТОА –коррозионная уст-сть, сохр-е ударной вязкости металла при низкой т-ре, малое гидравл-е сопр-е, небольшие габариты. Для снижение сопр-я ТОА и интенсиф-ии исп-т регенераторы.

Глубокое охлаждение

Обл применения – T<120 К. В технике ГХ большое значение имеют -175-195 гр Цельсия, при которых возможно сжижение и разделение воздуха, иск-и прир газов. При т-рах вблизи абсолютного нуля открыты необычные свойства материи: сверхпроводимость нек металлов, сверхтекучесть гелия. Магнитные ХМ могут непрерывно поддерживать температуру менее 1 К ( 0,3-0,8К). При сжижении и разделении в-ха получают кислород, азот и редкие газы (аргон, неоногелиевые смеси, криптон, ксенон.) При сжижении и разделении ископаемых газов – водопровод, метан, этан, этилен, пропан, бутан. При сжижении и разделении природных гелионосных газов – гелий (кэп?:)) Эти газы необходимы для различных отраслей. Кислород применяют для резки и спайки ме, для интенсификации доменного процесса, выплавки стали в доменных печах, в цветной металлургии, Кислород необходим при плавке различных руд, для получения меди, цинка, никеля. В химической промышленности – для интенсификации процессов производства азота и серной кислоты. Ри газификации ТВ топлива(угля, торфа,сланцев) с целью получения высококалорийного газа. В нефтяной пром-ти – синтетический бензин. В бумажной – интенсификация получения целлюлозы. Для реактивных двигателей(?).

Азот – прим-ся в значительных кол-вах для производства удобрения, аммиачных солей. Он является взрывобезопасным агентом в установках ГХ. Вместе с аргоном он служит наполнителем ламп накаливания. Извлека-е из воздуха редкие газы используются в отралсях народного хозяйства. Аргон – для сплавки алюминия и магниев. сплавов, исп-х в авиации и автомобильных отраслях. Криптон и ксенон – лампы накаливания. Большое значение имеет водород, углеводородные газы. Водород – для синтеза аммиака(?), пр-ва иск ж топлива, дейтерия, и тяжёлой воды(?). Этилен и этан – исх сырьё для иск спиртов и на заводах синтетического каучука. Метан – лучшее жидкое топливо с высокими антидетонационными свойствами.

Подготовка воздуха к промышленному разделению.

При промышленном получении кислорода и азота, исходным сырьём служит атмосферный воздух, который содержит в несвязанном состоянии азота-78 об%, кислорода – 21 об%, аргона – 0,93 об%, Неон, криптон, ксенон, гелий, азот, СО2. Кроме того: водяной пар, мех примеси, газообразные продукты промышленных выбросов(СО, SO2, сернистый газ, метан, закись азота, ацетилен, аммиак, диоксид азота.)

Очистка в-ха от мех примесей – в фильтрах. Конструкция фильтра зависит от количества воздуха. При небольших расходах (до2000 м3/ч) очистка осущ в масляных секционных фильтрах. В качестве фильтрующих элементов- кассеты с кольцами Рашига, смоченных в масле. Скорость воздуха, отнесенная к сечению – 0,3-0,5 м/с. При работе фильтра вне помещения необходимо применять низкотемпературное масло. При расходе больше 2000 мб установлены параллельные фильтры. При больших расходах применяют самоочищающиеся фильтры непрерывного действия. Использование масляных фильтров способствует загрязнению воздуха, который впоследствии поступает на всас турбокомпрессора . Для очистки воздуха применяют сухие фильтры с пористыми насадками и электрофильтры.

Осушение.Используют 2 способа: Адсорбционное и вымораживание.

В кислородном производстве в качестве адсорбентов применяют силикагель, активный глинозём, активный оксид алюминия, и цеолиты. Наиб применение – цеолиты и активный глинозём. Адсорбционный узёл осушки состоит из фильтра влагоотделителя (для улавливания капельной влаги после компремирования воздуха), адсорбера, фильтра для улавливания пыли и системы регенерации адсорбента. Регенерация адсорбента, активного глинозёма осущ-ся нагретым до 280 градусов азотом. Окончание регенерации определяется по температуре азота, на выходе из узла осушки. Для азота используют Эл подогреватели. При осушке вымораживанием, воздух после компрессора проходит через 2 ТОА рекуперативного типа. В первом ТОА ожижителе, в-х охлаждается до 5 градусов, при этом удаляется основанная часть водяного пара. В 2м ТОА вымораживателе, в-х охлаждается до -40. Влага выдел-ся в ТОА отводится с помощью влагоотделителя. Для непр работы необходим 3й ТОА вымораживатель, , который Вов ремя работы второго ТОА, освобождается от уловленной влаги. Для этого ТОА обогревается, а влагу (из льда) удаляют продувкой. Все 3 ТОА монтируются в 1м блоке. Для охлаждения в-ха используется продукты разделения воздуха, поступающие из ректификационной колонны.

Очистка от СО2. При работе воздухоразделительных апп-в, содержащийся в воздухе СО2 0,003об% при низких температурах переходить в твёрдое состояние минуя жидкое. При этом образуются ледяные пробки, что мешает нормальной работе оборудования. Например при Р=100кПа, переход СО2 в ТВ состояние происходит при температуре -78,9. Для очистки в-ха от СО2 прим несколько способов. Химический. Основан на поглощении СО2 водным раствором едкого натра. На поглощение одного кило СО2 расходуется 1,82 кг. Аппараты, работающее на этом способе, работают при давлении 1,8МПа, и включаются между ступенями сжатия компрессора. В качестве таких аппаратов м использоваться вертикальные декабонизаторы и скрубберы, работа которых сводится к пропусканию воздуха через насадку с кольцами Рашига, смачиванию циркуляционным раствором щёлочи. «-» громоздкость оборудования, сложная эксплуатация, не экономичность. Адсорбционный. Более прогрессивный. В качестве адсорбентов – силикагель, акт уголь, синтетические цеолиты. При работе с селикогелем или акт углём в-х предварительно осушается и охлаждается до т-ры ниже 135. Регенерация адсорбентов осущ-ся продуктами разделения в-ха при 20 градусах. Этот способ проще химического, он способствует одновр-му удалению аммиака. «-» При очистке в-ха высокого давление, необходим большой запас прочности, что приводит к большому расходу ме. Недостаток устр-ся при исп-ии синтетических адсорбентов – не надо охл-ть в-х, тк процесс идёт при 20 градусах. Одновр. в-х оч-ся от влаги и СО2.Для охл-я и нагр-я в-ха исп-т трубчатые ТОА из меди, алюминия, латуни. Треб-я к ТОА –коррозионная уст-сть, сохр-е ударной вязкости металла при низкой т-ре, малое гидравл-е сопр-е, небольшие габариты. Для снижение сопр-я ТОА и интенсиф-ии исп-т регенераторы.

Машины для промышленного разделения воздуха.

Для разделения в-ха применяют воздушные конденсаторы, детандеры, насосы сжиженных газов, спец кондеры. Воздушные кондеры служат для компремирования воздуха. При необходимости получения высокого давления, (16-20МПа) применяют схему многоступенчатого сжатия с промежуточным охлаждением в-ха. Детандеры предназначены для охл-я воздуха за счёт его адиабатического расширения с получением внешней работы. Бывают: Поршневые и Турбодетандеры. Поршневые- на установках небольшой производительности с средним и высоким давлением. Турбодетандеры – с большой производительностью и невысоким начальным давлением. Внеш работу, получаемую в детандерах во время адиабатического расширения используют для выработки электроэнергии. Поршневые детандеры бывают среднего и высокого давления. Начальная температура газа колеблется в широких пределах .Для Д сред давления -60- -110. Для Д высок давления -50 - +20. Конечная температура расширения составляет -170 и -130. Конечное давление газа 0,6-0,65МПа при нач давлении 16-20МПа., и от 1,5 до 7 МПа для Д сред давления. В турбоД, работающих при более низких т-рах, адиабатическое расширение используется для вращения рабочего колеса, а во внеш работу преобразуется часть энергии потока сжатого газа. Поскольку в них отсутствует возвратно-поступательное движение, они более просты и надёжны. «-» ТурбоД – увеличение частоты вращениявала при снятии нагрузки (выход из строя генератора, обрыв клиноремённой передачи) Предусмотрено устройство для немедленного прекращения подачи газа. Насосы прим для забора кислорода из цистерн и подачи его в газификаторы для газификации(кэп?:)) Для отбора ж кислорода из ректификационной колонны и подачи в ТОА, для перекачки кислорода из одной колонны в другую. Работают по центробежному принципу. Насосы ж кислорода имеют высокое давление нагнетания(до 20 МПа) и малую подачу(0,15 м3/ч) Тип насосов – ПЛУНЖЕРНЫЙ. При перекачивании жидкости из ректиф колонны, необх предварительно охладить, с помощью газообразного азота, отбираемого из ректиф колонны. Иначе при попадании в насос, жидкость будет испаряться, что отрицательно скажется на работе насоса. Низкая т-ра перекач-я ж-ти обусл-т создание хорошей теплоизоляции , что достигается за счёт поступания газообразного азота через охл рубашку цилиндра. В Насосах не д прим смазочные материалы, трущ поверхности на органической основе - взрыв возгорание. С целью уплотнения плунжера – графитовые сальники, лабиринтные уплотнения. Для наполнения баллонов сжатым воздухом, для транспортировки в реципиенты(ёмкости для покрытия пиковых нагрузок), при кислородные компрессоры, делящиеся на поршневые и турбокомпрессоры. Поршневые – для наполнения транспортных баллонов Р-15-17Мпа, для остальных случаев при Р до 2 МПа м применять поршневые и турбокомпрессоры.

Турбок-ры – большая производительность, проще, надёжнее. Для смазки в газообразный кислород подают воду или спец эмульсию, либо применяют поршневые кольца из антифрикционных материалов. Давление на всасывающем патрубке дб выше атмосферного, чтобы предотвратить подсос в-ха из окр среды. «-»поршневых –загрязнение воздуха.