I. Uvod u jedinicu za odvajanje zraka
Takozvana-jedinica za odvajanje zraka, jednostavnim rječnikom rečeno, je uređaj koji odvaja glavne komponente plina u zraku. Duboko hladi zrak do tekućeg stanja i koristi različita vrelišta komponenata tekućeg zraka za postupno odvajanje kisika, dušika i argona. Zrak sadrži i rijetke plinove kao što su helij, neon, argon, kripton, ksenon, radon, kao i nečistoće poput vlage, ugljičnog dioksida i prašine koje je potrebno odvojiti i pročistiti. Za većinu tvornica glavni zadatak jedinice za odvajanje zraka je odvajanje i proizvodnja čistog kisika, dušika, argona itd.
(I) Uvod u načela
Glavne komponente zraka su dušik, kisik i argon, pa je glavna svrha odvajanja dobivanje ova tri čista plina.
Glavne nečistoće u zraku su vlaga, ugljikov dioksid i ugljikovodici.
Separacija zraka je uklanjanje štetnih nečistoća u zraku i razdvajanje miješanog plina u "čiste" plinove kao što su dušik, kisik i argon.
Osnovno načelo odvajanja zraka je da dušik, kisik i argon u zraku imaju različite točke mjehurića (rosište, vrelište) i odvajaju se destilacijom. Njihove točke vrenja su: N₂: -195,8 stupnjeva; O₂: -183,0 stupnjeva; Ar: -185,7 stupnjeva.
Proces destilacije: Na destilacijskoj ploči zasićena para više temperature i zasićena tekućina niže temperature su u potpunom kontaktu. Zasićena para oslobađa toplinu zasićenoj tekućini i djelomično se kondenzira; zasićena tekućina upija toplinu i djelomično isparava. Kisik je komponenta s visokom -vrelištem- i više se kondenzira u tekuću fazu; dušik je komponenta niske-vrelišta-i više isparava u plinovitu fazu.
II.Uvod u tijek procesa
Trenutačni tijek procesa odvajanja zraka otprilike je sljedeći: atmosfera se prvo komprimira sustavom kompresije, zatim ulazi u sustav pred-hlađenja za prethodno hlađenje, zatim ulazi u sustav za pročišćavanje kako bi se uklonile neke nečistoće kao što su vlaga i ugljični dioksid, a zatim se dalje hladi sustavom za izmjenu topline, a zatim ulazi u sustav destilacije (uglavnom uključujući ekspandere, rashladne kutije itd., a rashladna kutija sadrži glavni tornjevi, glavno hlađenje, pumpe za tekućine i druga oprema, a proces destilacije je dovršen u ovom sustavu), i konačno ulazi u pomoćni sustav kao što je rasplinjavanje proizvoda, kompresija i skladištenje.
III. Uvod u sustav (ili opremu) jedinice za odvajanje zraka
(I) Sustav kompresije
Na početku sustava kompresije zraka nalazi se filtar zraka koji služi za filtriranje mehaničkih nečistoća u zraku. Tu su uglavnom samo{1}}filteri zraka; svrha kompresije je pred-komprimiranje zraka, a oprema uglavnom uključuje parne turbine, zračne kompresore, superpunjače itd.
Filter koji se{0}}samo čisti: Općenito, kako se volumen plina povećava, povećava se i broj filterskih uložaka, a veći je i broj slojeva. Dvo-sloj za stupanj od 25.000 i više, i tro-sloj za stupanj od 60.000 i više; jedan kompresor mora biti opremljen posebnim filtrom, a postavljen je uz vjetar.
Parna turbina: Visok{0}}tlačna para se širi kako bi izvršila rad, tjerajući koaksijalni rotor na rotaciju, čime se ostvaruje rad na radnom fluidu. Uobičajeni oblici uključuju punu kondenzaciju, puni protutlak i ekstrakcijsku kondenzaciju, a češće se koristi ekstrakcijska kondenzacija.
Zračni kompresor: velike jedinice za odvajanje zraka uglavnom koriste izotermne centrifugalne kompresore s jednom-osovinom. Potrošnja energije uvoznih je oko 2% manja od domaćih, a ulaganje je 80% veće; izlaz je odzračen, a povratni cjevovod nije postavljen. Postoji minimalni zahtjev protiv-prenapona usisnog protoka, a ulazna vodeća lopatica koristi se za regulaciju protoka. Uvezene i domaće jedinice imaju četiri-stupnjeva kompresije i tro-stupanjsko hlađenje (zadnji stupanj nije hlađen). Glavni zračni kompresor opremljen je sustavom za pranje vodom za ispiranje naslaga na površini rotora i spirale na svakoj razini, što je kompletan set s glavnim motorom.
Pojačivač: velike jedinice za odvajanje zraka uglavnom koriste izotermne centrifugalne kompresore s jednom-osovinom i zupčaničke centrifugalne kompresore. Među njima, vrsta zupčanika ima veću prednost u potrošnji energije, posebno u uvjetima s relativno velikim tlakom.
(II) Sustav predhlađenja
Funkcija sustava predhlađenja je prethodno hlađenje zraka kako bi se voda, ugljični dioksid, prašina i druge nečistoće u komprimiranom zraku mogli pročistiti u sljedećem koraku. Glavna oprema uključuje toranj za hlađenje zraka, toranj za hlađenje vode, pumpe za rashladnu vodu i rashlađenu vodu itd.
Toranj za hlađenje zraka: Postoje dva oblika: zatvorena cirkulacija (toranj za hlađenje zraka podijeljen je u dva dijela, gornji i donji dio, a ohlađena voda cirkulira između gornjeg dijela tornja za hlađenje zraka i tornja za hlađenje vode) i otvorena cirkulacija (u sustav cirkulacije vode). Zatvorena cirkulacija uglavnom se koristi u kemijskim postrojenjima s lošom kvalitetom vode, koju je potrebno nadopuniti svježom vodom i kemikalijama; otvorena cirkulacija se široko koristi, ali sustav cirkulacije vode također treba redovito nadopunjavati svježom vodom, a moraju se uzeti u obzir i ljetni radni uvjeti. Njegov dizajn općenito je 1 metar φ76 kuglični prsten od nehrđajućeg čelika (otpornost na visoke temperature) na dnu, 3 metra φ76 ojačani polipropilenski kuglični prsten (veliki tok) i 4 metra φ50 ojačani polipropilenski prsten.
Toranj za hlađenje vode: Postoje dvije vrste: dvo-stupnjasti tip (kada nema vanjskog izvora hladnoće, kapacitet hladnoće suhog prljavog dušika se u potpunosti obnavlja kako bi se osigurao pred-sustav hlađenja, ali otpor je dvostruko veći, 7 metara + 7 metara φ50 polipropilenski kuglični prsten) i jedno-stupanjski tip (kada postoji vanjski izvor hladnoće, 8 metara φ50 polipropilenski kuglični prsten).
Ostalo: Općenito, svi ulazi vode u sustavu pred{0}}hlađenja moraju biti opremljeni filtrima (općenito 6 jedinica: 4 pumpe za vodu, ulaz vode u toranj za hlađenje vode i ulaz vode na stranu isparavanja hladnjaka) kako bi se spriječio ulazak nečistoća u sustav. Ispitivanje učinka je: izlazni plin donjeg dijela pakiranja od 4 metra je 1 stupanj niži od ulazne vode; izlazni plin gornjeg 8-metarskog dijela pakiranja je 1 stupanj viši od vode. Općenito, termometar je postavljen u sredini tornja za hlađenje zraka (proteže se u unutrašnjost).
(III) Sustav pročišćavanja
Funkcija sustava za pročišćavanje je uklanjanje nečistoća kao što su vlaga, ugljikov monoksid, ugljikov dioksid, vodik i ugljikovodici u zraku kako bi se osigurala čistoća dušika, kisika i argona u proizvodima zraka. Adsorberi koji se koriste su vertikalni aksijalni protok, horizontalni dvo-slojni sloj i vertikalni radijalni protok.
Vertikalni aksijalni protok: uglavnom se koristi za opremu za odvajanje zraka ispod razine od 10 000 (promjer je dosegao 4,6 m), debljina sloja 1550∽2300 mm, može se postaviti dvo-sloj ili jedan-sloj, a distribucija protoka zraka je najbolja.
Horizontalni dvo-slojni sloj: uglavnom se koristi za veliku i-veliku opremu za odvajanje zraka, debljina sloja 1150 mm (molekularno sito) + 350 mm (aluminijski gel).
Vertikalni radijalni protok: može učinkovito iskoristiti unutarnji prostor spremnika, tako da se područje adsorpcijskog sloja istog promjera proširi za oko 1,5 puta, učinkovito smanjuje visinu tornja, a metoda okomitog postavljanja zauzima manje područje. Budući da je protok zraka ravnomjerno raspoređen, za razliku od neravnomjernog protoka zraka horizontalnog adsorbera, količina molekularnog sita se smanjuje za 20%, a potrošnja energije za regeneraciju također se štedi za 20%. Međutim, nedostatak je to što je središte protoka zraka koncentrirano (područje u obliku lepeze), a vrijeme prodiranja je kraće od vodoravnog tipa (potreban je CO₂＜0,5 ppm). Debljina sloja je 1000 mm +200 mm, što može zadovoljiti konfiguraciju opreme za odvajanje zraka iznad 20 000 razina.
IV Sustav izmjene topline
Svrha sustava za izmjenu topline je dodatno hlađenje zraka za sljedeću operaciju destilacije. Izvor hladne energije je isparavanje dijela zraka kroz ekspander turbine. Njegova struktura je više{2}}slojna ploča-tipa peraje. Logistika između susjednih kanala dobro se izmjenjuje toplinom kroz rebra. Koristi se za hlađenje komprimiranog zraka koji je adsorbiran pomoću molekularnih sita za uklanjanje vode i CO₂. Svaki refluksni plin (tekućina) ovdje se zagrijava na sobnu temperaturu.
Strogo govoreći, dizajn više tokova miješanih medija u istom izmjenjivaču topline može automatski uravnotežiti prijenos topline svakog medija i smanjiti potrošnju energije. Međutim, za unutarnji proces kompresije, svi izmjenjivači topline bit će visoko{1}}izmjenjivači topline, što će povećati ulaganja. Stoga je ekonomičnije odvojiti visoki i niski tlak za unutarnje kompresijske izmjenjivače topline iznad 20 000 razina, a svi-visokotlačni izmjenjivači topline konfigurirani su ispod 20 000 razina.
V Sustav frakcioniranja
Svrha sustava frakcioniranja je frakcionirati pročišćeni i duboko ohlađeni komprimirani zrak u kisik, dušik, argon itd. korak po korak. Glavna oprema je hladnjak (uključujući glavni toranj, glavno hlađenje, pothladnjak, toranj za sirovi argon, 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. Punjena je bisernim pijeskom kako bi se smanjio gubitak hladnoće. Zrak se odvaja u hladnoj kutiji kroz učinak destilacije na toranjskoj ploči i pakiranju.
Destilacijski toranj: tijelo tornja je cilindrično, s više slojeva sitastih ploča u donjem tornju, preljevna posuda postavljena je na sitastu ploču, preljevna pregrada i gusto prekrivena malim rupama; gornji toranj opremljen je redovnim pakiranjem i razdjelnikom tekućine. Tijekom destilacije u donjem tornju, tekućina teče kroz svaku ploču sita od vrha do dna jednu po jednu. Zbog djelovanja preljevne brane na pedali se formira određena visina razine tekućine. Kada plin prolazi kroz male rupe sitaste ploče odozdo prema gore, dolazi u kontakt s tekućinom i stvara mjehuriće, povećavajući kontaktnu površinu plina-tekućine, čineći izmjenu topline i mase učinkovitom. Komponente niske-vrelišta postupno isparavaju, a komponente visokog-vrelišta postupno se ukapljuju. Na vrhu tornja dobiva se čisti dušik s niskim vrelištem, a dno tornja dobiva kisikom-komponente tekućeg zraka s visokim vrelištem. Tijekom destilacije u gornjem tornju, plin prolazi kroz razdjelnik i diže se duž ploče za pakiranje. Tekućina se ravnomjerno raspoređuje na ploči za pakiranje od vrha do dna kroz razdjelnik vode. Na površini pakiranja, plin i tekućina su u potpunom kontaktu za učinkovitu izmjenu topline i mase. Sadržaj kisika s niskom-točkom vrelišta u dižućem plinu nastavlja rasti, a komponenta kisika s-visokom točkom vrelišta ispire se u velikim količinama kako bi nastala tekućina za refluks, i na kraju se na vrhu tornja dobiva čisti dušik s-niskom točkom vrelišta, a na dnu tornja dobiva se tekući kisik s-visokom točkom vrelišta.
VI Rezervni sustav skladištenja i isparavanja
Pohranite, isparite i napunite frakcionirani tekući kisik, tekući dušik i tekući argon. Glavna oprema uključuje spremnik za skladištenje kriogene tekućine, isparivač, pumpu za punjenje boca, platformu za punjenje itd.
Nisko{0}}tlačni proizvodi s kisikom i dušikom: postavite ventil za regulaciju proizvoda i odzračni put protoka, odzračite u prigušivač (unutarnji dijelovi za dušik su ugljični čelik, unutarnji dijelovi za kisik su od nehrđajućeg čelika).
Prljavi dušik: postavite za odzračivanje u vodeni rashladni toranj (za odzračivanje prljavog dušika, izdvajanje regeneriranog plina i podešavanje tlaka gornjeg tornja). Promjer tornja za hlađenje vode potreban je za ispunjavanje zahtjeva za ispuštanje. Pogotovo kada se uvodi dušik, tlak gornjeg tornja se ne može povisiti. Otpor rashladnog tornja za vodu je 6kPa (pakovanje visine 8 metara), cjevovod i ventil su 4kPa, a razlika tlaka u odnosu na atmosferu je 2kPa, ukupno 12kPa.
Proizvodi kisika pod visokim-tlakom: dvo{1}}stupanjsko prigušivanje koristi se za odzračivanje. Prvo, visoko{3}}tlačni plin produkt se prigušuje na 10 baraG, prolazi kroz ekscentrični reduktor, ploča za smanjenje buke od monela postavljena je u sredini, a zatim se promjer cjevovoda proširuje kroz ekscentrični reduktor. Stopa protoka medija kisika kontrolira se ispod 10 m/s, a zatim se prigušuje i odzračuje u toranj prigušivača. Element prigušivača je od nehrđajućeg čelika.
Proizvodi s dušikom pod visokim- tlakom: proizvodi s dušikom prvo se prigušuju na 10 bara, prolaze kroz ploču za smanjenje buke od nehrđajućeg čelika, a zatim prolaze u toranj prigušivača za prigušivanje i odzračivanje. Element prigušivača je ugljični čelik.
Ventil za kisik: ne mora se njime upravljati ručno (zabranjeno je da regulacijski ventil ima ručni kotač, a ručni ventil postavljen je unutar zida -otpornog na eksploziju).
