Sanoat gazini ajratishda kriogen havoni ajratish uzoq vaqtdan beri katta-kislorod, azot va argon ishlab chiqarish uchun asosiy yechim bo'lib kelgan. Jarayon havoni kriyojenik haroratgacha sovutish va qaynash nuqtasi farqlari asosida komponentlarni ajratish, yuqori-tozalikdagi kislorod, azot va nodir gazlarni olish orqali ishlaydi. Kimyo, metallurgiya, elektronika va sogʻliqni saqlash sohalaridagi muhandislar uchun jarayon mantigʻini va past{4}}haroratni ajratish tamoyillarini tushunish-nafaqat uskuna tanlashda, balki ish samaradorligi va uzoq{6}}ishonchliligi uchun ham zarurdir.
Shenger Gas kriogen havoni ajratish bo'yicha ko'p yillik amaliy tajriba to'pladi. Ushbu maqola sanoat mutaxassislari uchun foydali texnik ma'lumotni taqdim etish uchun haqiqiy muhandislik amaliyotiga asoslangan odatiy jarayon oqimi va asosiy mexanizmlarni ko'rib chiqadi.
Asosiy printsip: qaynash nuqtasi bo'yicha jismoniy ajratish
Kriogen havoni ajratish nazariyasi oddiy. Havo asosan azot (78,09%), kislorod (20,95%), argon (0,93%), shuningdek, oz miqdorda CO₂, neon, geliy, kripton va ksenondan iborat. Atmosfera bosimida qaynash nuqtalari sezilarli darajada farqlanadi:
-
Azot: -195,8 daraja
-
Argon: -185,9 daraja
-
Kislorod: -183,0 daraja
Havo -170 darajadan pastroq sovutilib, asta-sekin suyultirilganda, yuqoriroq{2}}qaynayotgan komponentlar avval kondensatsiyalanadi, pastroq{4}}qaynayotganlari esa gazsimon qoladi. Distillash kolonnasi ichidagi bug-suyuqlik bilan aloqa qilish va issiqlik almashinuvi orqali engil komponentlar (azot) tepada, og'ir komponentlar (kislorod) pastda to'planadi. Bu kriyojenik distillash - printsipial jihatdan atrof-muhitni distillash bilan bir xil, faqat ancha past haroratlarda.
Muhandislar uchun asosiy narsa: kriogen havo ajratish filtrlash yoki adsorbsiya emas. Bu fazalar muvozanatiga asoslangan uzluksiz ajratish. Tovoqlar samaradorligi, qaytarilish nisbati va sovuq muvozanat mahsulotning tozaligi va tiklanishiga bevosita ta'sir qiladi.
Oddiy jarayon oqimi (past-bosim aylanishi)
Bugungi kunda eng keng tarqalgan sanoat konfiguratsiyasi past-bosimli molekulyar elakni tozalashni kuchaytirish sikli hisoblanadi. Mana, bosqichma-bosqich-bosqichma-:
1. Havoni siqish va-oldindan sovutish
Atmosfera havosi{0}}oʻzini tozalash filtridan oʻtadi, soʻngra markazdan qochma yoki eksenel kompressorga kiradi va jarayonga qarab 0,5–0,7 MPa ga etadi. Siqilgan havo taxminan 100 darajaga qadar qiziydi, so'ngra havo sovutish yoki suv sovutish minorasiga boradi, u erda issiqlikni sovutish suvi bilan almashtiradi va 10-15 darajaga tushadi. Ushbu qadam quyi oqimdagi tozalash tizimiga yukni kamaytiradi va namlikning o'tishini kamaytiradi.
Umumiy muhandislik muammosi: yetarli darajada sovutish-molekulyar elakdan suv o‘tishi va ishdan chiqishiga olib kelishi mumkin. Sovutish minorasida qat'iy darajadagi nazorat va sovutilgan suv oqimini boshqarish kerak.
2. Molekulyar elakdan tozalash
Oldindan sovutilgan havo namlik, CO₂, asetilen va ba'zi uglevodorodlarni olib tashlash uchun{0}}almashinadigan molekulyar elak adsorberlariga kiradi. Odatda adsorbent birikmasi 13X molekulyar elak va faollashtirilgan alumina bo'lib, chiqish CO₂ ni 1 ppm dan pastga tushiradi. Ikki adsorber o'zgaruvchan adsorbsiya/regeneratsiya davrlarida ishlaydi, odatda har 4-8 soatda almashtiriladi, qizdirilgan regeneratsiya bilan.
Dala tajribasi shuni ko'rsatadiki, regeneratsiya haroratining etarli emasligi CO₂ yorilishi va asosiy issiqlik almashtirgichning ifloslanishi-ayniqsa, sovuq iqlim sharoitida yoki kompressor chiqindisi issiqlikni qayta tiklash yetarli bo'lmagan hollarda tez-tez uchraydi.
3. Havoni sovutish va suyultirish
Tozalangan havo ikki oqimga bo'linadi: biri asosiy issiqlik almashtirgichga o'tadi, mahsulot azotini va chiqindi azotni yaqin suyuqlikka qaytarish orqali sovutiladi (taxminan . -170 darajadan -175 darajagacha); ikkinchisi kuchaytiruvchi kompressorga kiradi (agar konfiguratsiya qilingan bo'lsa), keyin kengaytirgich orqali kengayadi, asosiy issiqlik almashtirgich va distillash ustuni uchun sovutgichni ta'minlaydi.
Bu erda muhim nuqta: sovutish manbai. Sovutishning ko‘p qismi kengaytirgichdagi adiabatik kengayish natijasida yuzaga keladi, ba’zida gaz kelebeği klapanidan Joul-Tomson effekti bilan to‘ldiriladi. Sovuq muvozanat barqaror ishlashning asosidir. Haddan tashqari sovuq yo'qotish suyuqlik darajasining pasayishiga va tozalikning o'zgarishiga olib keladi.
4. Kriogen distillash
Sovutilgan, yaqin{0}}suyultirilgan havo pastki ustunning pastki qismiga (bosim ustuni) kiradi. Pastki ustun odatda 0,5–0,6 MPa quvvatda ishlaydi, bug '-suyuqlik bilan aloqa qilish imkonini beruvchi elak tovoqlari yoki tuzilgan qadoqlash. Pastki ustun ichida azot yuqorida kontsentratsiyalanib, yuqori-tozalikdagi gazsimon azot hosil qiladi (99,99% dan katta yoki unga teng); kislorod bilan boyitilgan suyuqlik-pastki qismida to'planadi, uning tarkibida taxminan 38-40% kislorod mavjud.
Yuqoridagi kondensator sovuq manba sifatida suyuq azotdan foydalanadi va ko'tarilgan azot bug'ini qayta oqim suyuqligiga kondensatsiya qiladi. Pastki kislorod{1}}boyitilgan suyuqlik tortib olinadi, toʻliq sovutiladi va keyingi distillash uchun yuqori ustunga (past{2}}bosimli ustunga) beriladi. Yuqori ustun atmosfera bosimiga yaqin ishlaydi (taxminan . 0.11–0,13 MPa). Mahsulot kislorodi pastdan, azot yuqoridan olinadi va o'rtadan xom argon ustuniga argon-bo'y qismi olinishi mumkin.
Umumiy savol: nega ikkita ustun? Bitta ustun faqat bitta bug 'muvozanati bosqichiga- erisha oladi va bir vaqtning o'zida yuqori-tozalikdagi kislorod va azot hosil qila olmaydi. Pastki ustun qo'pol ajratishni amalga oshiradi, keyin yuqori ustun tozalashni tugatadi. Bu bugungi kundagi eng samarali-konfiguratsiya.
5. Sovuqni qayta tiklash va mahsulotni yetkazib berish
Yuqori ustunning yuqori qismidagi past bosimli azot va yon tomondagi chiqindi azot asosiy issiqlik almashtirgich orqali o'tadi, kiruvchi yuqori bosimli havo bilan issiqlik almashadi, so'ngra havoga chiqarishdan oldin atrof-muhit haroratiga qizdiriladi yoki molekulyar elaklar uchun regeneratsiya gazi sifatida ishlatiladi. Asosiy issiqlik almashtirgich sovuqni qayta tiklash-ning katta qismini boshqaradi, uning samaradorligi zavodning energiya sarfini bevosita belgilaydi.
Mahsulot kislorod va azot gaz sifatida etkazib berilishi yoki foydalanuvchi ehtiyojlariga qarab suyuqlik saqlash tanklariga yuborilishi mumkin. Suyuq azot ishlab chiqarish qo'shimcha suyultirish moslamasini talab qiladi.
Past haroratni ajratishning asosiy mexanizmi-: distillash va termodinamik nazorat
Distillash asoslarini tushunmasdan, siz rasmning faqat bir qismini ko'rasiz. Past haroratni ajratishning asosiy-suyuqlik muvozanatining egri chizig'i va qaytarilish nisbati nazorati-dir.
Har bir nazariy laganda, ko'tarilgan bug 'tushgan suyuqlik bilan aloqa qiladi. Bug'ning yuqori{1}}qaynayotgan komponentlari suyuq fazaga kondensatsiyalanadi, suyuqlikdagi past qaynaydigan komponentlar esa gaz fazasiga aylanadi. Tovoqlar soni ortishi bilan ajratish yaxshilanadi. Oddiy yuqori ustunga ham yuqori{7}}tozalikdagi kislorod va azot ishlab chiqarish uchun 60-80 ta nazariy tovoqlar kerak bo'ladi.
Uchta parametr asosan ajratish samaradorligiga ta'sir qiladi:
- Qayta oqim nisbati: qayta oqim suyuqlik oqimi ko'tarilgan bug 'oqimi bilan bo'linadi. Yuqori reflyuks koeffitsienti yuqori sifatli mahsulotni beradi, lekin energiya sarfini oshiradi.
- Ish bosimi: yuqori bosim kislorod va azot o'rtasidagi nisbiy o'zgaruvchanlikni pasaytiradi va ajratishni qiyinlashtiradi. Shunday qilib, yuqori ustun imkon qadar past bosim ostida ishlash uchun mo'ljallangan.
- Ozuqa joylashuvi: ozuqa tarkibi ozuqa tepsisidagi bug-suyuqlik tarkibiga mos kelishi kerak; aks holda samaradorlik pasayadi.
Ustun bosimining o'zgarishi, noto'g'ri taqsimlanishi yoki suv toshqini kabi umumiy operatsion muammolar ko'pincha valfni boshqarish parametrlari, qadoqlash holati yoki ozuqa tarkibidagi o'zgarishlar bilan bog'liq. Operatorlar to'g'ri tashxis qo'yish uchun harorat rejimlarini bosimning pasayishi ma'lumotlari bilan birlashtirishi kerak.
Muhandislik muammolari va amaliy tashvishlar
Zavodning haqiqiy ishlashida nazariya va amaliyot o'rtasida har doim tafovut mavjud. Bu erda tez-tez duch keladigan muammolar:
Sovuq muvozanatni boshqarish eng qiyin. Kengaytirgichning sovutgichi tizimning sovuq yo'qotishlariga, mahsulotni sovuq o'tkazishga va issiq{1}}so'nggi harorat farqlariga mos kelishi kerak. Juda kam sovutish suyuqlik darajasini pasaytiradi va tozalikni pasaytiradi; haddan tashqari ko'p suyuqlik darajasini oshiradi va suv toshqiniga olib kelishi mumkin. Tekshirish usullari kengaytiruvchi ko'krak ochilishini va kuchaytirgich kompressorini aylanib o'tishni sozlashni o'z ichiga oladi.
Molekulyar elakni boshqarish operatsion asosdir. Molekulyar elaklar suv bosgandan yoki zaharlangandan so'ng, CO₂ va namlik asosiy issiqlik almashtirgich va ustunga kiradi, bu kanalning bloklanishiga, bosimning pasayishiga va oxir-oqibatda issiq tozalash uchun majburiy o'chirishga olib keladi. Rejeneratsiya harorati, aylanish vaqti va regeneratsiya gaz oqimi uchta -kelishuvsiz parametrdir.
Asosiy issiqlik almashtirgichning tiqilib qolishi haqida ogohlantirish. Agar issiq{1}}oxirgi harorat farqi kengayishda davom etsa yoki oldinga/orqaga differensial bosim anormal tarzda ko'tarilsa, muz yoki quruq muz hosil bo'lishi mumkin. Erta javob: tozalash tizimini tekshiring. Og'ir holatlarda o'simlikni isitish kerak-.
Argon tizimining kislorod tozaligiga ta'siri. Agar mahsulot kislorodining tozaligi 99,6% dan yuqori bo'lsa, argon fraksiyasini hisobga olish kerak. Yuqori ustunning o'rtasidan chizilgan argon-boy kasr qo'pol argon ustuniga o'tadi. Aks holda, argon yuqori ustunda to'planib, kislorodning tozaligini pasaytiradi. Ammo argon ustuni sovutish talabi va tovoqlar qo'shib, kapital va operatsion xarajatlarni oshiradi.
Jarayonni takomillashtirish yo'nalishlari va samaradorlik g'oyalari
Sanoat kriogen havoni ajratishning yanada samarali echimlarini o'rganishda davom etmoqda. Asosiy yo'nalishlarga quyidagilar kiradi:
- Ekspander ish faoliyatini optimallashtirish: sovutish chiqindilarini kamaytirish uchun izentropik samaradorlik va oqim oralig'ini yaxshilash
- Yuqori samarali tuzilmali qadoqlash-qo‘llash: o‘zgaruvchan yuk bilan ishlash uchun mos bo‘lgan elak tovoqlariga nisbatan pastroq bosim tushishi va kengroq aylanish diapazoni
- Aqlli boshqaruvni joriy qilish: reflyuks nisbati va kengaytirgich yukini avtomatik optimallashtirish uchun ustun harorat profillari va kompozitsion ma'lumotlardan foydalanish
- Chiqindilarni issiqlikni qayta tiklash: bosqichlararo kompressorli issiqlik va molekulyar elakni qayta tiklash uchun chiqindi issiqlik lityum bromidli sovutish yoki qishki isitish uchun ishlatilishi mumkin.
Ushbu yaxshilanishlar kriogen havo ajratish zavodlari uchun iqtisodiy ahamiyatga ega, bu erda elektr energiyasi operatsion xarajatlarning 60-70% ni tashkil qiladi. Odatda 6000 Nm³/soat quvvatga ega kislorod zavodi yiliga yuz minglab AQSH dollari-dagi elektr energiyasi xarajatlariga ega boʻlishi mumkin,{4}}har bir 1% energiyani qisqartirish sezilarli darajada tejash imkonini beradi.
Kriogen havoni ajratish texnologiyasi bir asrdan ko'proq vaqtdan beri mavjud, ammo asosiy printsip o'zgarmadi: gazlarni past haroratli distillash orqali ajratish uchun qaynash nuqtasi farqlaridan foydalanish. Muhandislar uchun har bir bosqichni oʻzlashtirish -siqish, oldindan{3}}sovutish, tozalash, suyultirish, distillash, sovuqni qayta tiklash- zavodning harakatini bashorat qilish, nosozliklarni aniqlash va maqsadli optimallashtirishni amalga oshirishning kalitidir.
Shenger Gas kriogenli havo ajratish zavodlarini loyihalash, ishlab chiqarish va ishlatishni qo'llab-quvvatlashda muhandislik tamoyillarini maydon haqiqati bilan birlashtiradi. Har bir zavod-jarayon simulyatsiyasi va ustunning ichki qismlarini loyihalashdan boshqarish strategiyasigacha-haqiqiy operatsion ma'lumotlardan olingan takroriy fikr-mulohazalarga asoslanadi. Muayyan parametrlar yoki operatsion muammolar bo'yicha qo'shimcha savollaringiz bo'lsa, bizning texnik guruhimizga murojaat qiling.
