Havo sanoat xom ashyosi bo'lib, ko'pchilik e'tibor bermaydi. U 78% azot, 21% kislorod, shuningdek argon, CO₂ va suv bug'ini o'z ichiga oladi. Ushbu komponentlarni ajratish kimyo- emas, balki amaliy termodinamikadir. Dunyo bo'ylab o'rta{6}}yirik{7}} zavodlar uchun asosiy texnologiya bo'lgan kriogen havo ajratish, asosan, 0,1 daraja aniqlik bilan boshqariladigan distillashdir.
Havo qabul qilish: filtrlash va siqish
Atrof havo oʻz-oʻzini tozalash{0}}filtr orqali kiradi. Bu erda maqsad ajratish emas, balki uskunani himoya qilish{2}}zarrachalar yuqori tezlikdagi kompressor rotorlarini buzadi va distillash qadoqlarini bloklaydi.
Filtrlangan havo ko'p bosqichli santrifüj kompressorga o'tadi, u erda bosim 0,5–0,8 MPa gacha ko'tariladi (jarayon dizayniga qarab). Siqish issiqlik hosil qiladi (taxminan 100–120 daraja), shuning uchun bosqichlararo{6}}sovutgichlar haroratni atrof-muhitga yaqinlashtiradi. Buni o'tkazib yuboring va quyi oqimdagi molekulyar elaklar haddan tashqari issiqlikdan yomonlashadi.
Muhim nuqta: siqish havo hajmini kamaytiradi va kengaytirish sovutish va distillash ajratish uchun zarur bo'lgan bosim energiyasini ta'minlaydi. Ushbu energiya bazasi bo'lmasa, butun kriyojenik tsikl boshlana olmaydi.
Tozalash: Muzlatib qoladigan iflosliklarni olib tashlash
Siqilgan va sovutilgan havo hali ham suv bug'lari, CO₂ va uglevodorodlarni o'z ichiga oladi. Kriogen haroratlarda ular muzlaydi va distillash ustunining o'ramini yoki asosiy issiqlik almashinuvchi kanallarini yopib qo'yadi. Buzilganidan so'ng, qarshilik ko'tariladi va distillash samaradorligi pasayadi.
Zamonaviy o'simliklar molekulyar elakli adsorbsion tizimlardan foydalanadi (odatda ikki qavatli qatlamlar: faol alumina + 13X molekulyar elak). Ikki adsorber navbatma-navbat ishlaydi: biri 0,5-0,8 MPa va atrof-muhit haroratida aralashmalarni adsorbsiyalaydi, ikkinchisi esa 200 daraja chiqindi azot bilan qayta tiklanadi.
Asosiy ko'rsatkich: chiqindi CO₂ 1 ppm dan past, suvning shudring nuqtasi -65 darajadan past. Bu barqaror distillash uchun ish chegarasi.
Suyuqlanishgacha sovutish: sovutish halqasi
Tozalangan havo asosiy issiqlik almashtirgichga (odatda lehimli alyuminiy plastinka-fin turi) kiradi,-qaytib keladigan sovuq mahsulot oqimiga qarshi oqib chiqadi. Harorat asta-sekin -170 darajaga tushib, suyultirish chizig'iga yaqinlashadi.
Ammo issiqlik almashinuvining o'zi distillash haroratiga erisha olmaydi (yuqori ustunning tepasi taxminan -196 daraja, pastki ustunning pastki qismi taxminan -175 daraja). Sovutgich turbo-kengaytirgichdan keladi: kuchaytirgich kompressoridan yuqori bosimli havo sovutilgandan so'ng qisman adiabatik kengayish uchun kengaytirgichga kiradi - tashqi ish olib borilayotganda harorat -165~-170 darajaga tushadi.
Ushbu sovuq gaz oqimi yuqori ustunga kirib, distillash uchun zarur bo'lgan sovutgichni ta'minlaydi. Butun tizimning sovuq balansi kengaytirgichning chiqishi va ustun issiqlik yuki o'rtasidagi haqiqiy -vaqtga mos keladi.
Asosiy bosqich: Ikki-ustunli distillash
Bu havo ajratish blokining yuragi. Sanoat standarti pastki ustun + yuqori ustun konfiguratsiyasidir (agar argonni qayta tiklash kiritilgan bo'lsa, uchta ustun).
Pastki ustun: dastlabki ajratish
Qisman suyultirilgan havo pastki ustunning pastki qismiga kiradi. Ustunda tuzilgan qadoqlash mavjud (masalan, Mellapak yoki sim{3}}doka turlari). Suyuqlik o'rash sirtlari bo'ylab pastga qarab oqadi; bug 'suyuq plyonkalar orqali yuqoriga ko'tariladi.
Qaynish nuqtasi farqidan foydalanish (standart atmosferada: kislorod -183,0 daraja, azot -195,8 daraja):
- Azot ko'proq uchuvchan bo'lib, bug'lanadi va ko'tariladi, oxir-oqibat yuqori qismida sof suyuq azotga kondensatsiyalanadi (sofligi 99,999%+ gacha);
- Kislorod kamroq uchuvchan, kondensatsiyalanadi va pastga oqadi, quyida kislorodga-boy suyuq havo (~35–40% kislorod) sifatida to'planadi.
Pastki ustunning yuqori qismidagi reflyuks yuqori tizimdan suyuq kislorod yoki suyuq azot bilan sovutilgan{0}}yuqori kondensatordan keladi.
Yuqori ustun: Yakuniy ajratish
Pastki ustunning pastki qismidan-boy kislorodga boy suyuq havo tiqilib, yuqori ustunning o'rta qismiga-beriladi (qaytib oqim sifatida). Pastki ustunning yuqori qismidagi suyuq azotning bir qismi ham yuqori ustunning tepasiga (sovuq reflyuks sifatida) quyiladi.
Yuqori ustun ichida bug 'va suyuqlik massa almashinuvining o'nlab nazariy bosqichlaridan o'tadi:
- Ko'tarilgan bug'da kislorod yuviladi; yuqori qismi toza azot gazini beradi (99,999% dan katta yoki teng);
- Pastki suyuqlik suyuq kislorod (99,6% dan katta yoki teng), asosiy kondensator{1}}qayta qozonida bug'lanadi (pastki ustunning yuqori qismidagi gazsimon azot bilan issiqlik almashinuvi) va mahsulot kislorodi sifatida tortib olinadi.
Asosiy kondensator{0}}qayta qozon energiya bogʻlovchi nexusdir-u yuqoridagi azotni kondensatsiyalash uchun pastki suyuq kisloroddan foydalanadi, suyuq kislorodning oʻzi esa koʻtarilgan bugʻ hosil qilish uchun bugʻlanadi. Ushbu birlashtirilgan dizayn tashqi sovutish talabini keskin kamaytiradi.
Mahsulotni yetkazib berish va saqlash
Sof azot (yuqori ustun tepasi) va mahsulot kislorodi (asosiy kondensator yoki yuqori ustun pastki qismidan) qurilmani tark etishdan oldin-atrof-muhit haroratiga qizdirish uchun asosiy issiqlik almashtirgichdan o'tadi.
Foydalanuvchilar tanlashlari mumkin:
- Gazsimon mahsulotlar: to'g'ridan-to'g'ri oxirgi{0}}foydalanish punktlariga quvurlar orqali ulanadi (kimyoviy sintez, himoya payvandlash, oziq-ovqat MAP);
- Suyuq mahsulotlar: qisman suyultirgichda suyultiriladi va kriogen suyuqlik rezervuarlarida saqlanadi (ish bosimi 0,2–1,0 MPa, harorat - LOX uchun 183 daraja, LIN uchun -196 daraja), yuk mashinasida tashish yoki cho'qqi-soqol olish uchun mavjud.
Bir amaliy eslatma: kriogenli saqlash "to'ldirish va unutish" emas-uzluksiz bug'lanish yo'qolishi (tank izolyatsiyasi turiga qarab kunlik qaynatish-taxminan 0,3% ~ 0,8%). Tankning to'g'ri o'lchamlari quyi oqimdagi iste'mol namunalariga mos kelishi kerak.
Energiya iste'moli: operatsion xarajatlarga nima ta'sir qiladi
Kompressor quvvati umumiy operatsion xarajatlarning 70% ~ 80% ni tashkil qiladi. Birlik quvvat sarfining odatiy ko'rsatkichlari:
- Kislorod (gazsimon, 0,2 MPa): ~0,35–0,45 kVt/s/Nm³
- Azot (gazsimon, 0,6 MPa): ~0,18–0,25 kVt/s/Nm³
Asosiy tutqich distillash bosimini tanlashdir. Yirik zavodlarda past-bosim davrlari (pastki ustun ~0,5–0,6 MPa) hukmronlik qiladi-biroz yuqoriroq nazariy ajratish ishlariga qaramay, siqish ishlari sezilarli darajada pasayib, eng kam umumiy energiyani beradi. Kichkina yuqori{6}}tozalikdagi azot zavodlari hali ham samaradorlik xarajatiga ko'ra soddaroq joylashtirish uchun o'rta{7}}bosim davrlaridan (1,0–1,5 MPa) foydalanadi.
Yana ikkita to'g'ridan-to'g'ri qo'zg'atuvchi: ekspanderning izentropik samaradorligi (hozirda ilg'or qurilmalarda 88% ~ 92%) va issiqlik almashtirgichning yaqinlashish harorati (maqsad 1,5 darajadan past)-ikkalasi ham haqiqiy iste'mol soni qayerga tushishiga ta'sir qiladi.
Oʻchirilgan-Dizayn operatsiyasi: Haqiqiy-Dunyo Challenge
Aksariyat havo ajratish moslamalari kamdan-kam hollarda yil davomida etiketkaning dizayn nuqtasida ishlaydi. Pastki oqimdagi foydalanuvchilar smenalar, mavsumlar va texnik xizmat ko'rsatish-bo'yicha olish stavkalarini o'zgartiradilar. Dizayndan uzoqda ishlash quyidagilarga tayanadi:
- Kengaytirgich yoʻriqnomasi qanotini sozlash-sovutgich quvvatini oʻzgartiradi;
- Mahsulot chiqarish tezligi-sovuq inventarga nisbatan tozalikni muvozanatlash;
- Suyuq azotli gaz kelebeği klapanlari orqali-refluks koeffitsientini sozlash, bu yuqori ustunning ishlashiga ta'sir qiladi.
Dizayndan tashqari-ishdagi xavf: tozalik oʻzgarishi va sovuq nomutanosiblik bir-biriga kirib boradi. Noto'g'ri ishlash "azot toshqini" yoki kislorod tozaligining pasayishiga olib kelishi mumkin, tiklanish bir necha soat davom etadi. Vakolatli operatorlar onlayn analizatorlarga (kislorod konsentratsiyasi, azotdagi kislorod izi, namlik izi) va avtomatik{3}}yuk-almashtirish funksiyasiga ega DCSga tayanadi.
Sanoat gazidan foydalanuvchilar uchun havo ajratish moslamasi bitta mashina emas. Bu qattiq bog'langan termodinamik tizimdir. Siqish, tozalash, issiqlik almashinuvi, kengaytirish va distillash ketma-ketlik bilan bog'langan-istalgan nuqtada ofset zanjir bo'ylab tarqaladi. Shuning uchun tajribali muhandislar shunday deyishadi: "ASU qudug'ini ishlatish vana pozitsiyalarini o'qish emas, balki harorat, bosim va kompozitsiyaning dinamik uchburchagini tushunishdir".
Shenger Gas asosiy e'tiborni dalada o'lchangan termodinamik ma'lumotlarga asoslangan kriyojenik havo ajratish tizimlarini muhandislik dizayni va ekspluatatsiyasini optimallashtirishga qaratadi. Bu erda taqdim etilgan texnik parametrlar umumiy foydalanish mumkin bo'lgan muhandislik qo'llanmalari va foydalanish jurnallaridan olingan bo'lib, ular o'zaro tanishish va muhokama qilish uchun taklif etiladi.
