I. Ievads gaisa atdalīšanas blokā
Tā sauktā -gaisa atdalīšanas iekārta, vienkārši izsakoties, ir ierīce, kas atdala galvenās gāzes sastāvdaļas gaisā. Tas dziļi atdzesē gaisu līdz šķidram stāvoklim un izmanto dažādus šķidrā gaisa komponentu viršanas punktus, lai pakāpeniski atdalītu skābekli, slāpekli un argonu. Gaiss satur arī retās gāzes, piemēram, hēliju, neonu, argonu, kriptonu, ksenonu, radonu, kā arī tādus piemaisījumus kā mitrums, oglekļa dioksīds un putekļi, kas visi ir jāatdala un jāattīra. Lielākajai daļai rūpnīcu gaisa atdalīšanas bloka galvenais uzdevums ir atdalīt un ražot tīru skābekli, slāpekli, argonu utt.
(I) Principa ievads
Galvenās gaisa sastāvdaļas ir slāpeklis, skābeklis un argons, tāpēc galvenais atdalīšanas mērķis ir iegūt šīs trīs tīrās gāzes.
Galvenie gaisa piemaisījumi ir mitrums, oglekļa dioksīds un ogļūdeņraži.
Gaisa atdalīšana ir paredzēta, lai noņemtu kaitīgos piemaisījumus gaisā un sadalītu sajaukto gāzi "tīrās" gāzēs, piemēram, slāpeklī, skābeklī un argonā.
Gaisa atdalīšanas pamatprincips ir tāds, ka slāpeklim, skābeklim un argonam gaisā ir dažādi burbuļu punkti (rasas punkti, viršanas punkti) un tie tiek atdalīti destilējot. To viršanas temperatūra ir: N₂: -195,8 grādi; O₂: -183,0 grādi; Ar: -185,7 grādi.
Destilācijas process: uz destilācijas plāksnes piesātināts tvaiks ar augstāku temperatūru un piesātināts šķidrums ar zemāku temperatūru ir pilnā saskarē. Piesātinātais tvaiks izdala siltumu piesātinātajam šķidrumam un daļēji kondensējas; piesātinātais šķidrums absorbē siltumu un daļēji iztvaiko. Skābeklis ir komponents ar augstu -viršanas temperatūru- un vairāk kondensējas šķidrā fāzē; slāpeklis ir zemas -viršanas temperatūras- komponents un vairāk iztvaiko gāzes fāzē.
II.Ievads procesa plūsmā
Pašreizējā gaisa atdalīšanas procesa plūsma ir aptuveni šāda: atmosfēru vispirms saspiež kompresijas sistēma, pēc tam ievada pirms-dzesēšanas sistēmā iepriekšējai dzesēšanai, pēc tam nonāk attīrīšanas sistēmā, lai noņemtu dažus piemaisījumus, piemēram, mitrumu un oglekļa dioksīdu, un pēc tam tiek tālāk atdzesēta ar siltuma apmaiņas sistēmu, un pēc tam nonāk destilācijas sistēmā (galvenokārt tornī, ieskaitot aukstuma kārbu, t.sk. galvenā dzesēšana, šķidruma sūkņi un citas iekārtas, un destilācijas process tiek pabeigts šajā sistēmā), un visbeidzot nonāk rezerves sistēmā, piemēram, produkta gazifikācija, saspiešana un uzglabāšana.
III. Ievads gaisa atdalīšanas iekārtu sistēmā (vai iekārtās)
(I) Kompresijas sistēma
Gaisa kompresijas sistēmas sākumā ir gaisa filtrs, ko izmanto mehānisko piemaisījumu filtrēšanai gaisā. Galvenokārt ir pašattīroši gaisa filtri; kompresijas mērķis ir iepriekš-saspiest gaisu, un aprīkojums galvenokārt ietver tvaika turbīnas, gaisa kompresorus, kompresorus utt.
Pašattīrošs{0}}filtrs: parasti, palielinoties gāzes daudzumam, palielinās filtru kasetņu skaits un arī slāņu skaits. Divkāršs-slānis 25 000 pakāpēm un vairāk, un trīs{5}}slāņi — 60 000 klasēm un vairāk; viens kompresors ir jāaprīko ar atsevišķu filtru, un tas ir novietots pretvējā.
Tvaika turbīna: augsts{0}}spiediena tvaiks izplešas, lai veiktu darbu, liekot koaksiālajam lāpstiņritenim griezties, tādējādi panākot darbu pie darba šķidruma. Izplatītas formas ietver pilnīgu kondensāciju, pilnu pretspiedienu un ekstrakcijas kondensāciju, un biežāk tiek izmantota ekstrakcijas kondensācija.
Gaisa kompresors: lielās gaisa atdalīšanas ierīcēs galvenokārt tiek izmantoti viena{0}}vārpstas izotermiskie centrbēdzes kompresori. Importa enerģijas patēriņš ir par aptuveni 2% mazāks nekā iekšzemes, un investīcijas ir par 80% lielākas; izvads ir ventilēts, un nav iestatīts atgaitas cauruļvads. Ir noteikta minimālā sūkšanas plūsmas pret-pārsprieguma prasība, un plūsmas regulēšanai tiek izmantota ieplūdes virzošā lāpstiņa. Importētajām un vietējām ierīcēm ir četru-pakāpju kompresija un trīs-pakāpju dzesēšana (pēdējā pakāpe netiek atdzesēta). Galvenais gaisa kompresors ir aprīkots ar ūdens mazgāšanas sistēmu, lai mazgātu nosēdumus uz lāpstiņriteņa virsmas un spirāles katrā līmenī, kas ir pilns komplekts ar galveno dzinēju.
Pastiprinātājs: lielās gaisa atdalīšanas ierīcēs galvenokārt tiek izmantoti viena{0}}vārpstas izotermiskie centrbēdzes kompresori un zobratu centrbēdzes kompresori. Starp tiem pārnesuma veidam ir lielākas priekšrocības enerģijas patēriņā, īpaši apstākļos ar salīdzinoši lielu spiedienu.
(II) Priekšdzesēšanas sistēma
Priekšdzesēšanas sistēmas funkcija ir provizoriski atdzesēt gaisu, lai nākamajā darbībā varētu attīrīt ūdeni, oglekļa dioksīdu, putekļus un citus piemaisījumus saspiestajā gaisā. Pamataprīkojumā ietilpst gaisa dzesēšanas tornis, ūdens dzesēšanas tornis, dzesēšanas ūdens un atdzesētā ūdens sūkņi utt.
Gaisa dzesēšanas tornis: Ir divas formas: slēgta cirkulācija (gaisa dzesēšanas tornis ir sadalīts divās daļās, augšējā un apakšējā daļā, un atdzesētais ūdens cirkulē starp gaisa dzesēšanas torņa augšējo daļu un ūdens dzesēšanas torni) un atvērta cirkulācija (cirkulācijas ūdens sistēmā). Slēgto cirkulāciju galvenokārt izmanto ķīmiskajās rūpnīcās ar sliktu ūdens kvalitāti, kuras nepieciešams papildināt ar saldūdeni un ķimikālijām; plaši tiek izmantota atvērtā cirkulācija, taču arī cirkulējošā ūdens sistēma regulāri jāpapildina ar saldūdeni, jādomā par vasaras darba apstākļiem. Tās dizains parasti ir 1 metra φ76 nerūsējošā tērauda lodveida gredzens (augstas temperatūras izturība) apakšā, 3 metrus φ76 pastiprināts polipropilēna lodveida gredzens (liela plūsma) un 4 metrus φ50 pastiprināts polipropilēna lodveida gredzens.
Ūdens dzesēšanas tornis: ir divi veidi: divu -pakāpju tips (ja nav ārēja aukstuma avota, sausā netīrā slāpekļa aukstuma kapacitāte tiek pilnībā atgūta, lai nodrošinātu pirms-dzesēšanas sistēmu, taču pretestība ir divreiz lielāka, 7 metri + 7 metri φ50 polipropilēna lodveida gredzens) un viens ārējais aukstuma avota veids{{5}, 0 metri. polipropilēna lodīšu gredzens).
Citi: parasti visām ūdens ieplūdēm priekšdzesēšanas sistēmā{0}} jābūt aprīkotām ar filtriem (parasti 6 vienības: 4 ūdens sūkņi, ūdens ieplūde ūdens dzesēšanas tornī un ūdens ieplūde dzesētāja iztvaikošanas pusē), lai novērstu piemaisījumu iekļūšanu sistēmā. Ietekmes pārbaude ir šāda: apakšējās 4 metru blīvēšanas sekcijas izplūdes gāze ir par 1 grādu zemāka nekā ieplūdes ūdens; augšējās 8 metru blīvēšanas sekcijas izplūdes gāze ir par 1 grādu augstāka nekā ūdens. Parasti termometrs ir iestatīts gaisa dzesēšanas torņa vidū (iesniedzot iekšpusē).
(III) Attīrīšanas sistēma
Attīrīšanas sistēmas funkcija ir noņemt gaisā esošos piemaisījumus, piemēram, mitrumu, oglekļa monoksīdu, oglekļa dioksīdu, ūdeņradi un ogļūdeņražus, lai nodrošinātu slāpekļa, skābekļa un argona tīrību gaisa produktos. Izmantotie adsorberi ir vertikālā aksiālā plūsma, horizontālā dubultā-slāņa gulta un vertikālā radiālā plūsma.
Vertikālā aksiālā plūsma: galvenokārt izmanto gaisa atdalīšanas iekārtām, kas ir zemākas par 10 000 līmeni (diametrs ir sasniedzis 4,6 m), gultas biezums ir 1550∽2300 mm, var izkārtot dubulto-slāni vai vienu-slāni, un gaisa plūsmas sadalījums ir vislabākais.
Horizontāla dubultā{0}}slāņa gulta: galvenokārt izmanto liela un vidēja izmēra gaisa atdalīšanas iekārtām, slāņa biezums 1150 mm (molekulārais siets) + 350mm (alumīnija želeja).
Vertikālā radiālā plūsma: var efektīvi izmantot konteinera iekšējo telpu, lai adsorbcijas slāņa laukums ar tādu pašu diametru tiktu paplašināts apmēram 1,5 reizes, efektīvi samazinātu torņa augstumu, un vertikālās izvietošanas metode aizņem mazāku laukumu. Tā kā gaisa plūsma ir vienmērīgi sadalīta, atšķirībā no horizontālā adsorbera nevienmērīgās gaisa plūsmas, molekulārā sieta daudzums tiek samazināts par 20%, kā arī tiek ietaupīts reģenerācijas enerģijas patēriņš par 20%. Tomēr trūkums ir tāds, ka gaisa plūsmas centrs ir koncentrēts (ventilatora -formas laukums), un iespiešanās laiks ir ātrāks nekā horizontālā tipa (nepieciešams CO₂＜0,5 ppm). Gultas biezums ir 1000 mm{9}}mm, kas atbilst gaisa atdalīšanas aprīkojuma konfigurācijai, kas pārsniedz 20 000 līmeņus.
IVSiltuma apmaiņas sistēma
Siltuma apmaiņas sistēmas mērķis ir vēl vairāk atdzesēt gaisu nākamajai destilācijas darbībai. Aukstās enerģijas avots ir gaisa daļas iztvaikošana caur turbīnas paplašinātāju. Tā struktūra ir daudzslāņu plāksnes-veids. Loģistika starp blakus esošajiem kanāliem ir labi siltuma apmaiņa caur spurām. To izmanto, lai atdzesētu saspiestu gaisu, kas ir adsorbēts ar molekulārajiem sietiem, lai noņemtu ūdeni un CO₂. Šeit katra atteces gāze (šķidrums) tiek uzkarsēta līdz istabas temperatūrai.
Stingri sakot, vairāku jauktas vides plūsmu dizains vienā siltummainī var automātiski līdzsvarot katras vides siltuma pārnesi un samazināt enerģijas patēriņu. Tomēr iekšējās saspiešanas procesā visi siltummaiņi būs augstspiediena siltummaiņi{1}}, kas palielinās ieguldījumus. Tāpēc ir ekonomiskāk atdalīt augstu un zemu spiedienu iekšējiem kompresijas siltummaiņiem, kas pārsniedz 20 000 līmeņu, un visi augstspiediena siltummaiņi ir konfigurēti zem 20 000 līmeņiem.
V Frakcionēšanas sistēma
Frakcionēšanas sistēmas mērķis ir pakāpeniski frakcionēt attīrīto un dziļi atdzesēto saspiesto gaisu skābeklī, slāpeklī, argonā utt. Galvenais aprīkojums ir aukstumkaste (ieskaitot galveno torni, galveno dzesēšanu, apakšdzesētāju, neapstrādāta argona torni, šķidrā skābekļa sūkni, šķidruma sūkni utt.).
Aukstuma kaste: tā ir kvadrātveida vai apaļa metāla konstrukcija, kas ir gaisa atdalīšanas ceha augstākais simbols. Tas ir piepildīts ar pērļu smiltīm, lai samazinātu aukstuma zudumu. Gaiss tiek atdalīts aukstuma kastē, izmantojot destilācijas efektu uz torņa plāksnes un iepakojuma.
Destilācijas tornis: torņa korpuss ir cilindrisks, ar vairākiem sieta plākšņu slāņiem apakšējā tornī, uz sieta plāksnes ir uzstādīts pārplūdes spainis, pārplūdes deflektors un blīvi pārklāts ar maziem caurumiem; augšējais tornis ir aprīkots ar regulāru iepakojumu un šķidruma sadalītāju. Destilācijas laikā apakšējā tornī šķidrums pa vienam plūst cauri katrai sieta plāksnei no augšas uz leju. Pateicoties pārplūdes aizsprosta iedarbībai, uz pedāļa veidojas noteikts šķidruma līmeņa augstums. Kad gāze iziet cauri mazajiem sieta plāksnes caurumiem no apakšas uz augšu, tā saskaras ar šķidrumu, veidojot burbuļus, palielinot gāzes -šķidruma kontakta laukumu, padarot siltuma un masas apmaiņu efektīvu. Komponenti ar zemu -viršanas temperatūru pakāpeniski iztvaiko, un komponenti ar augstu viršanas temperatūru pakāpeniski sašķidrinās. Torņa augšdaļā tiek iegūts tīrs slāpeklis ar zemu viršanas temperatūru, un torņa apakšā tiek iegūti ar skābekli{8}}bagāti šķidri gaisa komponenti ar augstu viršanas temperatūru. Destilācijas laikā augšējā tornī gāze iet caur sadalītāju un paceļas pa blīvēšanas plāksni. Šķidrums tiek vienmērīgi sadalīts uz blīvējuma plāksnes no augšas uz leju caur ūdens sadalītāju. Uz iepakojuma virsmas gāze un šķidrums pilnībā saskaras, lai nodrošinātu efektīvu siltuma un masas apmaiņu. Skābekļa saturs ar zemu viršanas temperatūru augošajā gāzē turpina palielināties, un augstas viršanas temperatūras komponents skābeklis tiek izskalots lielos daudzumos, veidojot atteces šķidrumu, un visbeidzot torņa augšpusē tiek iegūts zemas viršanas temperatūras tīrs slāpeklis, un skābekļa viršanas temperatūras šķidrums tiek iegūts ar augstu -viršanas temperatūru.
VI Uzglabāšanas un iztvaikošanas rezerves sistēma
Uzglabājiet, iztvaicējiet un piepildiet frakcionēto šķidro skābekli, šķidro slāpekli un šķidro argonu. Galvenais aprīkojums ietver kriogēno šķidrumu uzglabāšanas tvertni, iztvaicētāju, pudeļu uzpildes sūkni, uzpildes platformu utt.
Zema-spiediena skābekļa un slāpekļa produkti: iestatiet produkta regulēšanas vārstu un atgaisošanas plūsmas ceļu, izvadiet trokšņa slāpētājā (slāpekļa iekšējās daļas ir oglekļa tērauds, skābekļa iekšējās daļas ir nerūsējošais tērauds).
Netīrais slāpeklis: iestatiet tā, lai izvadītu ūdens dzesēšanas torni (lai izvadītu netīro slāpekli, piešķirtu reģenerēto gāzi un noregulētu augšējā torņa spiedienu). Ūdens dzesēšanas torņa diametrs ir nepieciešams, lai tas atbilstu izplūdes prasībām. Īpaši tad, kad tiek ievadīts slāpeklis, augšējā torņa spiedienu nevar paaugstināt. Ūdens dzesēšanas torņa pretestība ir 6 kPa (8 metrus augsts blīvējums), cauruļvads un vārsts ir 4 kPa, un spiediena starpība pret atmosfēru ir 2 kPa, kopā 12 kPa.
Augsta-spiediena skābekļa produkti: ventilācijai tiek izmantota divu-pakāpju drosele. Pirmkārt, augstspiediena produkta gāze tiek noregulēta līdz 10 barG, iziet cauri ekscentriskam reduktoram, vidū tiek iestatīta monela trokšņa samazināšanas plāksne, un pēc tam cauruļvada diametrs tiek paplašināts caur ekscentrisko reduktoru. Skābekļa barotnes plūsmas ātrums tiek kontrolēts zem 10 m/s, un pēc tam tas tiek droseles un ventilēts trokšņa slāpētāja tornī. Izpūtēja elements ir nerūsējošais tērauds.
Augsta -spiediena slāpekļa produkti: slāpekļa produkti vispirms tiek noregulēti līdz 10 bar, iziet cauri nerūsējošā tērauda trokšņa samazināšanas plāksnei un pēc tam nonāk trokšņa slāpētāja tornī, lai veiktu droseli un ventilāciju. Izpūtēja elements ir oglekļa tērauds.
Skābekļa vārsts: to nedrīkst darbināt manuāli (regulēšanas vārstam ir aizliegts izmantot rokratu, un manuālais vārsts ir ievietots sprādziendrošā sienā).
