In diferite industrii utilizate pe scară largă de oxigen și alte produse de separare a aerului - azot, neon, kripton, xenon si argon.
Oxigen - un agent oxidant activ, care a determinat utilizarea sa pe scară largă în industria siderurgică și neferoase, industria chimică, tehnologie de rachete și spațiu, inginerie, medicina si altele.
producția de oxigen din anul 1950 o dată la 6-7 ani, și dublat în ultimii 20 de ani, rata anuală de creștere de 12. 15%. Mai mult de 50% din oxigenul este produs și consumat în industria oțelului, care permite să se intensifice procesele metalurgice și de a îmbunătăți parametrii lor tehnice și economice. Oxigenul este de asemenea utilizat în topirea metalelor feroase - cupru, nichel, zinc, plumb.
Azotul lichid din cauza non-toxicitate, inerției și cost redus este utilizat pe scară largă ca agent de răcire. Cantități semnificative de azot lichid sunt consumate în timpul turnării rece și testarea oxigen, hidrogen, heliu și echipamente, precum și în camera de vid termic care simulează condițiile de spațiu.
Un domeniu important de aplicare a azotului lichid - industria alimentară. Răcirea rapidă și de congelare a produselor alimentare prin pulverizarea de azot și apoi stocarea lor în atmosferă îmbogățită cu azot asigură conservarea aromei și prezentarea produselor pentru o lungă perioadă de timp.
Azotul lichid este, de asemenea, utilizat în agricultură și medicină pentru depozitarea produselor ecologice.
Sistemele de azot lichid criogenie este utilizat pe scară largă pentru a răci ecranele intermediare echipamentul de izolare precum și pentru răcirea preliminară a maselor mari de magneți supraconductori metalice, cabluri, transformatoare și altele asemenea. D.
Într-o serie de procese care utilizează azot gazos. În industria chimică, azot împreună cu oxigenul servește ca materie primă pentru producerea de amoniac, acid azotic, metanol, îngrășăminte și alte produse chimice. Azotul este de asemenea utilizat ca atmosferă protectoare inertă la o rafinărie.
Argon, neon, kripton, xenon - gaze inerte. Argon este utilizat împreună cu azotul din topirea otelurilor si a aliajelor de specialitate, inginerie - sudare de metale. Neon, kripton și xenon sunt utilizate pe scară largă în lampă și electronice industriile electrice precum și în cercetare în diferite ramuri ale industriei.
Cele mai multe dintre gazele divizate sunt agent de răcire cu aer, adică condensare a gazelor, la temperatura normală într-o gamă largă de temperaturi sub 120 K. Metodele cele mai eficiente pentru izolarea acestora de (amestecul de gaze), aer, pe baza metodelor de temperatură scăzută - condensare-evaporare și, în unele cazuri de adsorbție-desorbție.
Dintre metodele de condensare evaporare în utilizarea artei de joasă temperatură de distilare de separare a aerului. Rectificarea de joasă temperatură diferă de procesul corespunzător de temperatură ridicată în aceea că pentru punerea sa în aplicare necesită krioobespecheniya sistem.
Scopul acestui sistem:
1) extragerea căldurii din sistemul de separare a aerului, pentru a compensa scurgerile de căldură și, dacă este necesar, lichefiere separării produsului;
2) asigurarea de îndepărtare a căldurii în timpul rectificării unui condensator și alimentarea cu căldură la vaporizator.
Pentru instalațiile de separare a aerului care emit produse gazoase, un astfel de sistem este un frigider; pentru instalații, emiterea oricare dintre produsele în formă lichidă - lichefiere.
Sistemul krioobespecheniya poate lucra independent, ca agent de răcire separat nu este asociat cu amestecul partajat (krioobespechenie extern) și împreună cu sistemul de separare pe un amestec și separarea produselor (krioobespechenie interior) partajat. Există sisteme în care ambele metode sunt combinate (krioobespechenie combinate).
tehnici de separare Adsorbtia-desorbție bazate pe selective adsorbție (selectiv) la temperaturi scăzute, componentele individuale ale aerului la adsorbanți solizi și desorbția lor ulterioară. Folosit în acest scop adsorbanți (carboni activat, zeoliți, geluri de silice, geluri de alumină) sunt caracterizate printr-o suprafață specifică mare de pori (sute de metri pătrați per gram) și o rezistență mecanică suficientă, astfel încât să nu se deterioreze în timpul ciclurilor repetate de adsorbție și desorbție componentelor.
In plus, aceste metode sunt folosite pentru a îndepărta vaporii de apă din aer, dioxid de carbon și hidrocarburi.
În plus față de principalele produse de separare a aerului instalațiile de separare (oxigen și azot) sunt eliminate și celelalte componente ale aerului - gaze inerte. Toate acestea, cu excepția argon, sunt conținute în aer în concentrații foarte mici. Ca produse valoroase de recuperare punct de vedere economic a tuturor componentelor altele decât dioxidul de carbon, heliu și hidrogen aer.
Procesele asociate cu lichefierea gazelor, sunt printre foarte mari consumatoare de energie. De exemplu, centrala electrică, cu o capacitate de 1 t / h de oxigen lichid la 1200. 1500 kW. eficiența exergetica acestor procese nu este mai mult de 20. 25%, adică, consumul de energie este de 4-5 ori mai mare decât locul de muncă ideal corespunzătoare.
O trăsătură caracteristică a noului aparat, spre deosebire de frigidere este că acesta este întotdeauna sistemele termodinamice deschise. În aceste sisteme, în loc de a ciclului are loc quasicycles. liquefiers gaz Structura, caracteristici, indiferent de specie, cuprinde etapele de scop identic.
Faza de preparare a unui corp (LUT) de lucru este utilizat pentru comprimarea izotermă a fluidului de lucru la temperatura ambiantă. Această comprimare poate fi realizată într-o singură etapă a compresorului și o conectate în serie mai multe etape, cu apă de răcire intermediară sau aer.
În etapa de pre-răcire (STR) fluidul de lucru este prerăcit în regenerare retur schimbător de căldură fluidului de lucru răcit.
etapa de răcire principală (COO) asigură lichefierea fluidului de lucru. Principalele opțiuni sunt două MEO: accelerație și expandor. Primul dintre acestea are un consum specific ridicat de energie electrică și este utilizat în instalațiile cu productivitate scăzută. alternativa mult mai economic la expansiunea aerului în decomprimare.
Utilizați etapa de răcire (SIO) include un separator, care permite să se deducă din planta mediul de lucru lichefiat, iar aburul - pentru a reveni la sistem.
unități de separare a aerului, se disting prin performanță, presiunea și compoziția separării produsului.
instalațiile de separare a aerului în performanță sunt împărțite în trei grupe:
1) o productivitate scăzută (30 300 m3 / h) pentru a produce oxigen, cu o puritate de 99,2. 99,5%, care utilizează ridicată (10 până la 20 MPa) și media (3. 5 MPa);
2) medie performanta (3-400 m 3 / h) pentru producerea de puritate oxigen 95. 98%, în care două sau presiune poate fi aplicată - mare, mic (0,5 0,8 MPa), sau doar o presiune scăzută .;
3) de înaltă performanță (mai mult de 4000 m3 / h) pentru producerea de puritate oxigen 95. 98%, în care se aplică o presiune scăzută.
Compoziția instalațiilor de separare a aerului include următoarele echipamente: compresoare cu piston și cu turbină și extensoare, pompe de oxigen si argon, coloane de distilare, schimbătoare de căldură, de control automat și dispozitivele de protecție, unități de purificare a aerului.
compresoare cu piston de tip sunt utilizate pentru presiune medie și ridicată la o putere mai mică de 7800 m3 / h. Turbocompresoare poate fi o capacitate mare de aer centrifugale și axiale (170000 8000 m3 / h), la presiuni de 0,6. 0,8 MPa, iar în unele cazuri, până la 3,5 MPa. Turbosuflante asigura fluxul de aer uniform, fără impurități de ulei. Ele sunt ușor de utilizat, au o dimensiune mai mică și o eficiență mai mare decât compresoarele cu piston.
extensoare pistoane utilizate pentru presiune înaltă și medie în centrale electrice mici. În zona expandoare piston debit redus sunt bine reglementate și au o eficiență mai mare decât extensoare turbo, ceteris paribus. Cu toate acestea, ele sunt mai puțin sigure în funcționare și au cea mai proastă masă și performanța generală pe unitatea de transfer. La instalațiile de înaltă productivitate și joasă presiune cel mai des utilizate expandoare cu turbină cu jet de unică radiale propuse Academician P. L. Kapitsey.
Pentru pomparea gazelor lichefiate utilizate pompe care diferă de cele utilizate pentru pomparea lichidelor convenționale în care acestea funcționează la o temperatură mult mai mică și, prin urmare, de creșterea pierderilor la injectarea. gazele lichefiate au în general o temperatură apropiată de temperatura de fierbere. Prin urmare, atunci când presiunea din elementele de pompare separate (valve, duze, racorduri), din cauza pierderilor hidraulice posibile cavitație. Pentru a preveni acest fenomen trebuie să fie răcit în mare măsură gazele lichefiate, înainte de intrarea pompei.
In sistemele utilizate pentru piston de separare a aerului (plunger) și pompe centrifuge. Pompele cu piston sunt utilizate pentru fluidul de gazeificare (oxigen și azot), cilindrul de umplere pentru a asigura o presiune de 40 MPa, o rețea de alimentare cu gaz către consumator, la o presiune de până la 1,5 MPa. Pompele centrifugale sunt utilizate pentru pomparea fluidului între coloanele de rectificare în cantități mari la presiune scăzută.
Purificarea aerului de vapori de apă și dioxid de carbon adsorbție se realizează în blocuri speciale. Pentru funcționare continuă, există două în unitatea de adsorbant. În timp ce unul dintre cilindri are loc adsorbția de impurități, este supus unui azot încălzit doua regenerare rezultând desorbția și îndepărtarea vaporilor de apă și dioxid de carbon. produs De asemenea uscare oxigen după comprimarea în compresoarelor.