I. Úvod do jednotky separácie vzduchu
Tak{0}}takzvaná jednotka na separáciu vzduchu, zjednodušene povedané, je zariadenie, ktoré oddeľuje hlavné zložky plynu vo vzduchu. Ochladzuje vzduch hlboko do kvapalného stavu a využíva rôzne teploty varu zložiek kvapalného vzduchu na postupné oddeľovanie kyslíka, dusíka a argónu. Vzduch obsahuje aj vzácne plyny ako hélium, neón, argón, kryptón, xenón, radón, ako aj nečistoty ako vlhkosť, oxid uhličitý a prach, ktoré je potrebné všetky oddeliť a vyčistiť. Pre väčšinu tovární je hlavnou úlohou jednotky na separáciu vzduchu oddeľovať a vyrábať čistý kyslík, dusík, argón atď.
(I) Úvod do princípu
Hlavnými zložkami vzduchu sú dusík, kyslík a argón, takže hlavným účelom separácie je získanie týchto troch čistých plynov.
Hlavnými nečistotami vo vzduchu sú vlhkosť, oxid uhličitý a uhľovodíky.
Separácia vzduchu má odstrániť škodlivé nečistoty vo vzduchu a rozdeliť zmiešaný plyn na „čisté“ plyny, ako je dusík, kyslík a argón.
Základným princípom vzduchovej separácie je, že dusík, kyslík a argón vo vzduchu majú rôzne bublinkové body (rosný bod, bod varu) a sú oddelené destiláciou. Ich body varu sú: N2: -195,8 stupňa; O2: -183,0 stupňa; Ar: -185,7 stupňa.
Destilačný proces: Na destilačnej doske sú nasýtená para s vyššou teplotou a nasýtená kvapalina s nižšou teplotou v úplnom kontakte. Nasýtená para uvoľňuje teplo nasýtenej kvapaline a čiastočne sama kondenzuje; nasýtená kvapalina absorbuje teplo a čiastočne sa odparí. Kyslík je zložka s vysokým -bodom varu- a viac kondenzuje do kvapalnej fázy; dusík je zložka s nízkym -bodom varu- a viac sa vyparuje do plynnej fázy.
II.Úvod do toku procesu
Súčasný procesný tok separácie vzduchu je približne takýto: atmosféra je najprv stlačená kompresným systémom, potom vstupuje do pred{0}}chladiaceho systému na predbežné ochladenie, potom vstupuje do čistiaceho systému, aby sa odstránili niektoré nečistoty, ako je vlhkosť a oxid uhličitý, a potom sa ďalej ochladzuje systémom výmeny tepla a potom vstupuje do destilačného systému (najmä vrátane expandérov, chladiacich boxov a iných hlavných zariadení, chladiacich boxov a iných hlavných zariadení, chladiaceho boxu a chladiaceho boxu a chladiaceho boxu). v tomto systéme je dokončený destilačný proces) a nakoniec vstupuje do záložného systému, ako je splyňovanie produktu, kompresia a skladovanie.
III. Úvod do systému (alebo zariadenia) jednotky separácie vzduchu
(I) Kompresný systém
Na začiatku systému kompresie vzduchu je vzduchový filter, ktorý slúži na filtráciu mechanických nečistôt vo vzduchu. Existujú hlavne samočistiace vzduchové filtre-; účelom kompresie je pred-stlačenie vzduchu a medzi vybavenie patria najmä parné turbíny, vzduchové kompresory, kompresory atď.
Samočistiaci{0} filter: Vo všeobecnosti platí, že so zvyšujúcim sa objemom plynu sa zvyšuje počet filtračných kaziet a zvyšuje sa aj počet vrstiev. Dvojitá-vrstva pre stupeň 25 000 a viac a tri-vrstvy pre stupeň 60 000 a viac; jeden kompresor musí byť vybavený samostatným filtrom a je usporiadaný proti vetru.
Parná turbína: Vysokotlaková-para expanduje, aby vykonala prácu, čím poháňa koaxiálne obežné koleso do rotácie, čím sa dosiahne práca na pracovnej tekutine. Medzi bežné formy patrí úplná kondenzácia, úplný protitlak a extrakčná kondenzácia a bežnejšie používaná je extrakčná kondenzácia.
Vzduchový kompresor: Veľké jednotky na separáciu vzduchu väčšinou používajú jednohriadeľové izotermické odstredivé kompresory. Spotreba energie dovážaných je asi o 2 % nižšia ako u domácich a investícia je o 80 % vyššia; výstup je odvzdušnený a nie je nastavené žiadne spätné potrubie. Existuje požiadavka na minimálny prietok nasávania- a na reguláciu prietoku sa používa vstupná vodiaca lopatka. Dovážané a domáce jednotky sú všetky štvorstupňové-kompresné a troj{8}}stupňové chladenie (posledný stupeň nie je chladený). Hlavný vzduchový kompresor je vybavený vodným umývacím systémom na umývanie usadenín na povrchu obežného kolesa a špirály na každej úrovni, čo je kompletná súprava s hlavným motorom.
Booster: Veľké jednotky na separáciu vzduchu väčšinou používajú jednohriadeľové izotermické odstredivé kompresory a ozubené odstredivé kompresory. Medzi nimi má typ prevodu väčšiu výhodu v spotrebe energie, najmä v podmienkach s relatívne veľkým tlakom.
(II) Systém predchladenia
Funkciou systému predchladenia je predbežné ochladenie vzduchu, aby sa v ďalšom kroku mohla vyčistiť voda, oxid uhličitý, prach a iné nečistoty v stlačenom vzduchu. Medzi hlavné vybavenie patrí vzduchová chladiaca veža, vodná chladiaca veža, čerpadlá chladiacej vody a chladenej vody atď.
Vzduchová chladiaca veža: Existujú dve formy: uzavretá cirkulácia (vzduchová chladiaca veža je rozdelená na dve časti, hornú a dolnú časť a chladená voda cirkuluje medzi hornou časťou vzduchovej chladiacej veže a vodnou chladiacou vežou) a otvorená cirkulácia (do systému cirkulačnej vody). Uzavretý obeh sa používa najmä v chemických prevádzkach so zlou kvalitou vody, ktoré je potrebné dopĺňať čerstvou vodou a chemikáliami; otvorená cirkulácia je široko používaná, ale aj systém cirkulačnej vody je potrebné pravidelne dopĺňať čerstvou vodou a treba zvážiť letné pracovné podmienky. Jeho dizajn je vo všeobecnosti 1 meter φ76 guľôčkový krúžok z nehrdzavejúcej ocele (odolnosť voči vysokej teplote) na dne, 3 metre vystužený polypropylénový guľôčkový krúžok φ76 (veľký tok) a 4 metre vystužený polypropylénový guľôčkový krúžok φ50.
Vodná chladiaca veža: Existujú dva typy: dvoj{0}}stupňový typ (keď nie je k dispozícii externý zdroj chladu, chladiaca kapacita suchého špinavého dusíka sa úplne obnoví, aby sa zabezpečil systém predchladenia, ale odpor je dvakrát väčší, 7 metrov + 7 metrov φ50 guľôčkový krúžok) a jeden-stupňový externý zdroj chladu z polypropylénu φ, 8 metrov polypropylénové guľôčky).
Ostatné: Vo všeobecnosti musia byť všetky vstupy vody v pred{0}}chladiacom systéme vybavené filtrami (vo všeobecnosti 6 jednotiek: 4 vodné čerpadlá, vstup vody do vodnej chladiacej veže a vstup vody na odparovaciu stranu chladiča), aby sa do systému nedostali nečistoty. Skúška účinku je: výstupný plyn zo spodnej 4-metrovej časti balenia je o 1 stupeň nižší ako vstupná voda; výstupný plyn z hornej 8-metrovej baliacej časti je o 1 stupeň vyšší ako voda. Vo všeobecnosti je teplomer umiestnený v strede vzduchovej chladiacej veže (zasahujúcej do interiéru).
(III) Čistiaci systém
Funkciou čistiaceho systému je odstraňovať nečistoty ako vlhkosť, oxid uhoľnatý, oxid uhličitý, vodík a uhľovodíky vo vzduchu, aby sa zabezpečila čistota dusíka, kyslíka a argónu v produktoch vzduchu. Použité adsorbéry sú vertikálne axiálne prúdenie, horizontálne dvojvrstvové lôžko a vertikálne radiálne prúdenie.
Vertikálne axiálne prúdenie: používa sa hlavne pre zariadenia na separáciu vzduchu pod úrovňou 10 000 (priemer dosiahol 4,6 m), hrúbka lôžka 1550∽2300 mm, možno usporiadať dvoj-vrstvu alebo jednu-vrstvu a distribúcia prúdenia vzduchu je najlepšia.
Horizontálne dvoj{0}}vrstvové lôžko: používa sa hlavne pre veľké a stredné{1}}veľké zariadenia na separáciu vzduchu, hrúbka lôžka 1150 mm (molekulárne sito) + 350 mm (hliníkový gél).
Vertikálny radiálny tok: môže efektívne využiť vnútorný priestor nádoby, takže plocha adsorpčnej vrstvy s rovnakým priemerom sa zväčší asi 1,5-krát, efektívne zníži výšku veže a metóda vertikálneho umiestnenia zaberá menšiu plochu. Pretože prúdenie vzduchu je rovnomerne rozložené, na rozdiel od nerovnomerného prúdenia vzduchu horizontálneho adsorbéra sa množstvo molekulového sita zníži o 20 % a spotreba energie na regeneráciu sa tiež ušetrí o 20 %. Nevýhodou však je, že stred prúdenia vzduchu je koncentrovaný (oblasť v tvare vejára{5}}) a čas prieniku je rýchlejší ako pri horizontálnom type (vyžaduje sa CO₂＜0,5 ppm). Hrúbka lôžka je 1 000 mm+200 mm, čo môže spĺňať konfiguráciu zariadenia na separáciu vzduchu nad 20 000 úrovní.
IV Systém výmeny tepla
Účelom systému výmeny tepla je ďalšie ochladzovanie vzduchu pre ďalšiu destiláciu. Zdrojom studenej energie je odparovanie časti vzduchu cez expandér turbíny. Jeho štruktúra je viac-vrstvová platňa-typu plutvy. Logistika medzi susednými kanálmi je dobre prenášaná cez rebrá. Používa sa na chladenie stlačeného vzduchu, ktorý bol adsorbovaný molekulovými sitami na odstránenie vody a CO₂. Každý refluxný plyn (kvapalina) sa tu zahreje na teplotu miestnosti.
Presne povedané, návrh viacerých prúdov zmiešaných médií v rovnakom výmenníku tepla dokáže automaticky vyvážiť prenos tepla každého média a minimalizovať spotrebu energie. Pre proces vnútornej kompresie však budú všetky výmenníky tepla vysokotlakové -výmenníky tepla, čo zvýši investície. Preto je ekonomickejšie oddeliť vysoký a nízky tlak pre interné kompresné výmenníky tepla nad 20 000 úrovní a všetky vysokotlakové výmenníky tepla-sú konfigurované pod 20 000 úrovňami.
V frakcionačný systém
Účelom frakcionačného systému je krok za krokom frakcionovať vyčistený a hlboko ochladený stlačený vzduch na kyslík, dusík, argón atď. Hlavným vybavením je chladiaci box (vrátane hlavnej veže, hlavného chladenia, podchladiča, veže surového argónu, čerpadla kvapalného kyslíka, čerpadla kvapaliny atď.).
Cold box: Ide o hranatú alebo okrúhlu kovovú konštrukciu, ktorá je najvyšším symbolom dielne na separáciu vzduchu. Je vyplnená perličkovým pieskom, aby sa znížila strata chladu. Vzduch je v chladiacom boxe oddelený destilačným efektom na doske veže a upchávke.
Destilačná veža: Teleso veže je valcové, s viacerými vrstvami sitových dosiek v spodnej veži, na sitovej doske je nasadené prepadové vedro, prepadová priehradka a husto pokrytá malými otvormi; horná veža je vybavená bežným tesnením a rozdeľovačom kvapaliny. Počas destilácie v spodnej veži preteká kvapalina postupne cez každú sitovú dosku zhora nadol. Vplyvom prepadového prepadu sa na pedáli vytvorí určitá výška hladiny kvapaliny. Keď plyn prechádza malými otvormi sitovej platne zdola nahor, prichádza do kontaktu s kvapalinou a vytvára bubliny, čím sa zväčšuje kontaktná plocha plynu -kvapaliny, čím je výmena tepla a hmoty efektívna. Zložky s nízkym-bodom varu sa postupne vyparujú a zložky s vysokým-bodom varu postupne skvapalňujú. V hornej časti veže sa získava čistý dusík s nízkym bodom varu a spodná časť veže získava kvapalné zložky vzduchu bohaté na kyslík- s vysokým bodom varu. Počas destilácie v hornej veži plyn prechádza cez rozvádzač a stúpa pozdĺž plniacej dosky. Kvapalina je rovnomerne rozložená na baliacej doske zhora nadol cez rozdeľovač vody. Na povrchu obalu sú plyn a kvapalina v úplnom kontakte pre účinnú výmenu tepla a hmoty. Obsah kyslíka s nízkym{13}}bodom varu v stúpajúcom plyne sa naďalej zvyšuje a kyslík{14}}zložka s vysokým bodom varu sa premýva vo veľkých množstvách, aby sa vytvorila refluxná kvapalina, a nakoniec sa v hornej časti veže získava čistý dusík s nízkym{15}}bodom varu a na dne veže sa získava tekutý kyslík-s vysokým bodom varu.
VI Systém zálohovania skladovania a odparovania
Skladujte, odparujte a naplňte frakcionovaný kvapalný kyslík, kvapalný dusík a kvapalný argón. Medzi hlavné vybavenie patrí zásobník na kryogénnu kvapalinu, výparník, čerpadlo na plnenie fliaš, plniaca plošina atď.
Nízkotlakové produkty kyslíka a dusíka: nastavte regulačný ventil produktu a odvzdušňovaciu prietokovú cestu, odvzdušnite tlmič (vnútorné časti s obsahom dusíka sú uhlíková oceľ, vnútorné časti pre kyslík sú z nehrdzavejúcej ocele).
Špinavý dusík: nastavte na odvzdušnenie vodnej chladiacej veže (na odvzdušnenie znečisteného dusíka, prideľte regenerovaný plyn a upravte tlak v hornej veži). Priemer vodnej chladiacej veže je potrebný na splnenie požiadaviek na vypúšťanie. Najmä pri zavádzaní dusíka nie je možné zvýšiť tlak v hornej veži. Odpor vodnej chladiacej veže je 6 kPa (8 metrov vysoký obal), potrubie a ventil sú 4 kPa a tlakový rozdiel voči atmosfére je 2 kPa, spolu 12 kPa.
Vysoko{0}}výrobky kyslíka: na odvzdušňovanie- sa používa dvojstupňové škrtenie. Najprv sa vysokotlakový produktový plyn škrtí na 10 barG, prechádza cez excentrický reduktor, do stredu sa vloží monelova doska na zníženie hluku a potom sa priemer potrubia zväčší cez excentrický reduktor. Prietok kyslíkového média je riadený pod 10 m/s a potom je priškrtený a odvetrávaný do veže tlmiča. Prvok tlmiča je z nehrdzavejúcej ocele.
Vysokotlakové dusíkaté produkty: Dusíkové produkty sa najskôr škrtia na 10 barov, prechádzajú cez dosku na zníženie hluku z nehrdzavejúcej ocele a potom prechádzajú do veže tlmiča na priškrtenie a odvzdušnenie. Prvok tlmiča je z uhlíkovej ocele.
Kyslíkový ventil: Vyžaduje sa, aby nebol ovládaný ručne (regulačný ventil nesmie mať ručné koleso a ručný ventil je umiestnený vo vnútri steny odolnej proti výbuchu).
