I. Introducció a la unitat de separació d'aire
L'anomenada-unitat de separació d'aire, en termes senzills, és un dispositiu que separa els components principals del gas a l'aire. Refreda profundament l'aire fins a l'estat líquid i utilitza els diferents punts d'ebullició dels components de l'aire líquid per separar gradualment l'oxigen, el nitrogen i l'argó. L'aire també conté gasos rars com heli, neó, argó, criptó, xenó, radó, així com impureses com la humitat, el diòxid de carboni i la pols, tots els quals s'han de separar i purificar. Per a la majoria de les fàbriques, la tasca principal de la unitat de separació d'aire és separar i produir oxigen net, nitrogen, argó, etc.
(I) Introducció de principis
Els components principals de l'aire són el nitrogen, l'oxigen i l'argó, de manera que l'objectiu principal de la separació és obtenir aquests tres gasos purs.
Les principals impureses de l'aire són la humitat, el diòxid de carboni i els hidrocarburs.
La separació de l'aire consisteix a eliminar les impureses nocives de l'aire i separar el gas barrejat en gasos "purs" com el nitrogen, l'oxigen i l'argó.
El principi bàsic de la separació de l'aire és que el nitrogen, l'oxigen i l'argó de l'aire tenen diferents punts de bombolla (punts de rosada, punts d'ebullició) i es separen per destil·lació. Els seus punts d'ebullició són: N₂: -195,8 graus; O₂: -183,0 graus; Ar: -185,7 graus.
Procés de destil·lació: A la placa de destil·lació, el vapor saturat amb temperatura més alta i el líquid saturat amb temperatura més baixa estan en contacte total. El vapor saturat allibera calor al líquid saturat i es condensa parcialment; el líquid saturat absorbeix calor i s'evapora parcialment. L'oxigen és un component de punt d'ebullició alt-- i es condensa més a la fase líquida; El nitrogen és un component de punt d'ebullició baix-- i s'evapora més a la fase gasosa.
II.Introducció al flux del procés
El flux del procés actual de separació d'aire és aproximadament el següent: l'atmosfera es comprimeix primer pel sistema de compressió, després entra al sistema de pre-refrigeració per a la refrigeració preliminar, després entra al sistema de purificació per eliminar algunes impureses com la humitat i el diòxid de carboni, i després es refreda més pel sistema d'intercanvi de calor i, a continuació, entra al sistema de destil·lació (principalment inclou la caixa principal d'expansors, la caixa principal i la caixa principal, etc. refrigeració, bombes de líquid i altres equips, i el procés de destil·lació es completa en aquest sistema) i finalment entra al sistema de còpia de seguretat, com ara la gasificació, la compressió i l'emmagatzematge del producte.
III. Introducció al sistema (o equip) de la unitat de separació d'aire
(I) Sistema de compressió
Hi ha un filtre d'aire a l'inici del sistema de compressió d'aire, que s'utilitza per filtrar les impureses mecàniques de l'aire. Hi ha principalment filtres d'aire-autonetejables; l'objectiu de la compressió és pre-comprimir l'aire, i l'equip inclou principalment turbines de vapor, compressors d'aire, sobrealimentadors, etc.
Filtre d'-autoneteja: generalment, a mesura que augmenta el volum de gas, augmenta el nombre de cartutxos de filtre i també augmenta el nombre de capes. Doble-capa per a 25.000 graus i superiors, i tres-capes per a 60.000 graus o superiors; un sol compressor ha d'estar equipat amb un filtre separat i està disposat a contravent.
Turbina de vapor: el vapor d'alta-pressió s'expandeix per fer el treball, impulsant la rotació de l'impulsor coaxial, aconseguint així treballar el fluid de treball. Les formes habituals inclouen la condensació total, la contrapressió total i la condensació d'extracció, i la més utilitzada és la condensació d'extracció.
Compressor d'aire: les grans unitats de separació d'aire utilitzen majoritàriament compressors centrífugs isotèrmics d'un sol -eix. El consum d'energia dels importats és aproximadament un 2% inferior al dels nacionals, i la inversió és un 80% més gran; la sortida està ventilada i no hi ha cap canonada de retorn. Hi ha un requisit mínim d'anti-sobretensió del flux d'aspiració i la paleta guia d'entrada s'utilitza per a la regulació del cabal. Les unitats domèstiques i importades són compressió de quatre-etapes i refrigeració de tres-etapes (l'última etapa no es refreda). El compressor d'aire principal està equipat amb un sistema de rentat d'aigua per rentar els dipòsits a la superfície de l'impulsor i la voluta a cada nivell, que és un conjunt complet amb el motor principal.
Booster: les grans unitats de separació d'aire utilitzen majoritàriament compressors centrífugs isotèrmics d'un sol -eix i compressors centrífugs d'engranatges. Entre ells, el tipus d'engranatge té un major avantatge en el consum d'energia, especialment en condicions de pressió relativament gran.
(II) Sistema de prerefrigeració
La funció del sistema de prerefrigeració és refredar preliminarment l'aire perquè l'aigua, el diòxid de carboni, la pols i altres impureses de l'aire comprimit es puguin purificar en el següent pas. L'equip principal inclou torre de refrigeració d'aire, torre de refrigeració d'aigua, aigua de refrigeració i bombes d'aigua refrigerada, etc.
Torre de refrigeració d'aire: hi ha dues formes: circulació tancada (la torre de refrigeració d'aire es divideix en dues seccions, la part superior i la inferior, i l'aigua refrigerada circula entre la secció superior de la torre de refrigeració d'aire i la torre de refrigeració d'aigua) i circulació oberta (al sistema d'aigua circulant). La circulació tancada s'utilitza principalment en plantes químiques amb mala qualitat de l'aigua, que s'han de complementar amb aigua dolça i productes químics; La circulació oberta s'utilitza àmpliament, però el sistema d'aigua circulant també s'ha de complementar regularment amb aigua dolça i s'han de tenir en compte les condicions de treball d'estiu. El seu disseny és generalment un anell de bola d'acer inoxidable φ76 d'1 metre (resistència a altes temperatures) a la part inferior, un anell de bola de polipropilè reforçat φ76 de 3 metres (gran flux) i un anell de bola de polipropilè reforçat de 4 metres φ50.
Torre de refrigeració d'aigua: n'hi ha de dos tipus: tipus de dues -etapes (quan no hi ha una font de fred externa, la capacitat de fred del nitrogen brut sec es recupera completament per garantir el sistema de pre-refrigeració, però la resistència és el doble, 7 metres + 7 metres φ50 φ50 anell de bola de polipropilè) i un anell de bola de polipropilè de 7 metres - i un de tipus extern anell de boles de polipropilè φ50).
Altres: generalment, totes les entrades d'aigua del sistema de pre-refrigeració han d'estar equipades amb filtres (generalment 6 unitats: 4 bombes d'aigua, entrada d'aigua a la torre de refrigeració d'aigua i entrada d'aigua al costat d'evaporació del refrigerador) per evitar que les impureses entrin al sistema. La prova d'efecte és: el gas de sortida de la secció d'embalatge inferior de 4 metres és 1 grau més baix que l'aigua d'entrada; el gas de sortida de la secció d'embalatge superior de 8 metres és 1 grau més alt que l'aigua. Generalment, un termòmetre s'instal·la al mig de la torre de refrigeració d'aire (que s'estén a l'interior).
(III) Sistema de depuració
La funció del sistema de purificació és eliminar impureses com la humitat, el monòxid de carboni, el diòxid de carboni, l'hidrogen i els hidrocarburs de l'aire per garantir la puresa del nitrogen, l'oxigen i l'argó dels productes de l'aire. Els adsorbents utilitzats són flux axial vertical, llit de doble-capa horitzontal i flux radial vertical.
Flux axial vertical: s'utilitza principalment per a equips de separació d'aire per sota del nivell 10.000 (el diàmetre ha arribat als 4,6 m), el gruix del llit 1550∽2300 mm, es pot disposar de doble-capa o-capa única i la distribució del flux d'aire és la millor.
Llit de doble-capa horitzontal: s'utilitza principalment per a equips de separació d'aire de mida gran i mitjana-, gruix del llit 1150 mm (tamís molecular) + 350 mm (gel d'alumini).
Flux radial vertical: pot utilitzar eficaçment l'espai intern del contenidor, de manera que l'àrea de la capa d'adsorció amb el mateix diàmetre s'amplia aproximadament 1,5 vegades, redueix efectivament l'alçada de la torre i el mètode de col·locació vertical ocupa una àrea més petita. Com que el flux d'aire es distribueix uniformement, a diferència del flux d'aire desigual de l'adsorbidor horitzontal, la quantitat de tamís molecular es redueix un 20% i el consum d'energia de regeneració també s'estalvia un 20%. Tanmateix, el desavantatge és que el centre del flux d'aire està concentrat (àrea en forma de ventilador) i el temps de penetració és més ràpid que el tipus horitzontal (es requereix CO₂<0,5 ppm). El gruix del llit és de 1000 mm+200mm, que pot complir la configuració d'equips de separació d'aire per sobre de 20.000 nivells.
IV Sistema d'intercanvi de calor
El propòsit del sistema d'intercanvi de calor és refredar encara més l'aire per a la següent operació de destil·lació. La font d'energia freda és l'evaporació d'una part de l'aire a través de l'expansor de la turbina. La seva estructura és un tipus d'aleta multi-placa-. La logística entre canals adjacents s'intercanvia bé la calor a través de les aletes. S'utilitza per refredar l'aire comprimit que ha estat adsorbit per garbells moleculars per eliminar l'aigua i el CO₂. Cada gas de reflux (líquid) s'escalfa a temperatura ambient aquí.
En sentit estricte, el disseny de múltiples corrents de mitjans mixts en el mateix intercanviador de calor pot equilibrar automàticament la transferència de calor de cada mitjà i minimitzar el consum d'energia. Tanmateix, per al procés de compressió interna, tots els intercanviadors de calor seran intercanviadors de calor d'alta-pressió, cosa que augmentarà la inversió. Per tant, és més econòmic separar l'alta i la baixa pressió per als intercanviadors de calor de compressió interna per sobre de 20.000 nivells, i tots els intercanviadors de calor d'alta pressió-es configuren per sota dels 20.000 nivells.
V Sistema de fraccionament
El propòsit del sistema de fraccionament és fraccionar pas a pas l'aire comprimit purificat i profundament refredat en oxigen, nitrogen, argó, etc. L'equip principal és la caixa freda (incloent la torre principal, la refrigeració principal, el subrefrigerador, la torre d'argó brut, la bomba d'oxigen líquid, la bomba de líquid, etc.).
Caixa freda: És una estructura metàl·lica quadrada o rodona, que és el símbol màxim del taller de separació d'aire. S'omple de sorra perlada per reduir la pèrdua de fred. L'aire es separa a la caixa freda mitjançant l'efecte de destil·lació sobre la placa de la torre i l'embalatge.
Torre de destil·lació: el cos de la torre és cilíndric, amb múltiples capes de plaques de garbell a la torre inferior, una galleda de desbordament es col·loca a la placa de tamís, un deflector de desbordament i densament cobert amb petits forats; la torre superior està equipada amb embalatge normal i distribuïdor de líquids. Durant la destil·lació a la torre inferior, el líquid flueix per cada tamís de dalt a baix un per un. A causa de l'efecte de l'assut de desbordament, es forma una certa alçada de nivell de líquid al pedal. Quan el gas travessa els petits forats de la placa del tamís de baix a dalt, entra en contacte amb el líquid per produir bombolles, augmentant l'àrea de contacte amb el gas-líquid, fent que l'intercanvi de calor i massa sigui eficient. Els components del punt d'ebullició baix-s'evaporen gradualment i els components del punt d'ebullició-alt es liquen gradualment. A la part superior de la torre s'obté nitrogen pur amb un punt d'ebullició baix, i la part inferior de la torre obté components d'aire líquid rics en oxigen- amb un punt d'ebullició elevat. Durant la destil·lació a la torre superior, el gas passa pel distribuïdor i puja al llarg de la placa d'embalatge. El líquid es distribueix uniformement a la placa d'embalatge de dalt a baix a través del distribuïdor d'aigua. A la superfície de l'embalatge, el gas i el líquid estan totalment en contacte per a un intercanvi eficient de calor i massa. El contingut d'oxigen de baix punt d'ebullició del gas ascendent continua augmentant, i l'oxigen del component de punt d'ebullició elevat es renta en grans quantitats per formar líquid de reflux i, finalment, s'obté nitrogen pur de baix punt d'ebullició a la part superior de la torre i s'obté el punt d'ebullició d'oxigen alt a la part inferior del líquid.
VI Sistema de reserva d'emmagatzematge i vaporització
Emmagatzemar, vaporitzar i omplir l'oxigen líquid fraccionat, nitrogen líquid i argó líquid. L'equip principal inclou dipòsit d'emmagatzematge de líquids criogènics, vaporitzador, bomba d'ompliment d'ampolles, plataforma d'ompliment, etc.
Productes d'oxigen i nitrogen a baixa pressió-: configureu la vàlvula reguladora del producte i el camí del flux de ventilació, ventilau-lo al silenciador (les parts internes del nitrogen són d'acer al carboni, les parts internes d'oxigen són d'acer inoxidable).
Nitrogen brut: configurat per ventilar a la torre de refrigeració d'aigua (per ventilar nitrogen brut, assignar gas regenerat i ajustar la pressió de la torre superior). El diàmetre de la torre de refrigeració d'aigua és necessari per complir els requisits de descàrrega. Especialment quan s'introdueix nitrogen, no es pot augmentar la pressió de la torre superior. La resistència de la torre de refrigeració d'aigua és de 6 kPa (embalatge de 8 metres d'alçada), la canonada i la vàlvula són de 4 kPa i la diferència de pressió a l'atmosfera és de 2 kPa, un total de 12 kPa.
Productes d'oxigen d'alta-pressió: s'utilitza l'acceleració en dues-etapes per a la ventilació. Primer, el gas del producte d'alta pressió-s'accelera a 10 barG, passa per un reductor excèntric, s'instal·la una placa de reducció de soroll monel al mig i, a continuació, el diàmetre de la canonada s'amplia a través d'un reductor excèntric. El cabal mitjà d'oxigen es controla per sota dels 10 m/s, i després s'accelera i es ventila a la torre del silenciador. L'element del silenciador és d'acer inoxidable.
Productes de nitrogen d'alta-pressió: els productes de nitrogen primer s'acceleren a 10 bar, passen per una placa de reducció de soroll d'acer inoxidable i després passen a la torre del silenciador per a l'acceleració i la ventilació. L'element del silenciador és d'acer al carboni.
Vàlvula d'oxigen: cal que no s'accioni manualment (es prohibeix que la vàlvula reguladora tingui volant i la vàlvula manual es col·loca dins de la paret a prova d'explosió).
