ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Производство кислорода и азота разделением воздуха из "Химическая технология. Т.2" Чистый кислород или обогащенный кислородом воздух используются в процессах конверсии углеводородных газов, в металлургии, для окисления в органическом синтезе, в качестве окислителя в ракетной технике, в медицине. Жидкий азот применяется для тонкой очистки водорода от оксида углерода (II) и метана, получения АВС стехиометрического состава, в качестве хладоагента. [c.229] В промышленности разделение воздуха с целью получения кислорода, азота и аргона осуществляется путем сжижения его с последующей низкотемпературной ректификацией. Изучается также возможность разделения воздуха методом абсорбции на цеолитах и диффузионным методом, основанном на различной скорости диффузии газов через полупроницаемые мембраны. [c.229] Охлажденный расширенный воздух Сжатый воздух Т конд. [c.229] Таким образом, в процессе разделения воздуха на кислород и азот можно выделить две стадии стадию глубокого охлаждения и стадию ректификации, каждая из которых подчиняется своим закономерностям. [c.230] Если при постоянной температуре Т сжать реальный газ от начального давления Рн ДО давления Рк. а затем снизить его давление до первоначального Рц путем расширения (дросселирования) через устройство, создающее сопротивление (вентиль, диафрагма), без совершения внешней работы и теплообмена с окружающей средой, то конечная температура газа Г понизится вследствие затраты внутренней энергии его на преодоление сил межмолекулярного взаимодействия. Очевидно, что расширение идеального газа в этих условиях будет происходить без изменения внутренней энергии и его температура при расширении останется постоянной. [c.230] Поэтому, чем больше отклонение реального газа от идеального состояния, то есть чем больше разность АР = Рк Рн тем значительнее понижение его температуры при расширении АТ = Т1-Т2 (так называемый дроссель эффект газа). В табл. 9.8 приведены значения дроссель-эффекта воздуха при его расширении до атмосферного давления (Рн) при различных давлениях сжатия Рк для двух начальных температур воздуха Т ). [c.230] А8 — уменьшение энтропии системы, А5 = Q T. [c.231] Внешняя работа в подобном процессе при получении кислорода чистотой 99% составляет 0,074 кВт -ч/нм газа. В реальном необратимом процессе разделения воздуха вследствие потерь холода в окружающую среду и гидравлического сопротивления аппаратуры расход энергии на разделение воздуха значительно кВт ч/нм выше и составляет не менее 0,5 кВт- ч/нм газа. [c.231] Производство азота и кислорода из воздуха состоит из трех стадий очистки и осушки воздуха, сжижения воздуха и ректификации жидкого воздуха. [c.232] Воздух, особенно в промышленных районах, содержит пыль, влагу, оксид углерода (IV) и ацетилен. Эти загрязнения могут вызвать повышенный износ турбокомпрессоров, забивку аппаратуры, что ухудшает теплопередачу и увеличивает гидравлическое сопротивление, и даже привести к взрывам в случае образования твердого ацетилена. [c.232] Для очистки воздуха от пыли перед компрессором устанавливают самоочищающиеся масляные фильтры. Оксид углерода (IV) удаляют из воздуха абсорбцией раствором едкого натра, а ацетилен—адсорбцией силикагелем. [c.232] Осушка воздуха осуществляется вымораживанием при охлаждении воздуха после сжатия или адсорбцией на синтетических цеолитах. При адсорбционной осушке одновременно с влагой из воздуха поглощаются оксид углерода (IV) и ацетилен. Этим методом достигается достаточно тонкая очистка воздуха. Адсорбция проводится при температуре не выше 10°С. [c.232] Поршневые детандеры работают при давлении сжатия = = 20 МПа и применяются в установках относительно небольшой мощности, так как требуют большого расхода энергии. По сравнению с поршневыми турбодетандеры (предложены в 1938 году П.Л.Капицей) гораздо более экономичны, так как работают в интервале низких давлений (Рн = 1,3-10 Па, Рк = 6-10 Па) и имеют высокий коэффициент полезного действия, достигающий 85%. Турбодетандеры применяются в установках большой мощности. [c.233] Для сжатия воздуха в установках малой и средней мощности используются поршневые компрессоры производительностью 25—40-10 нм /ч газа, в установках большой мощности— турбокомпрессоры производительностью 95-10 нм /ч газа, имеющие шесть ступеней сжатия. [c.233] На рис. 9.21 представлена схема агрегата глубокого охлаждения низкого давления с турбодетандером и турбокомпрессором. [c.233] Очищенный воздух сжимается турбокомпрессором 1 от давления, близкого к атмосферному (Рн = 0,13 МПа) до давления Рк = 0,6 МПа, проходит водяной холодильник 2, охлаждается в теплообменнике 3 испаренным холодным воздухом и разделяется на два потока. Большая часть воздуха (90% об.) расширяется в турбодетандере 4 до давления 0,13 МПа, охлаждаясь при этом до температуры, близкой к температуре конденсации, и отдает свой холод последовательно в конденсаторе 5 и теплообменнике 3. [c.233] Наиболее распространена в промышленности стационарная установка по разделению воздуха АКт-16 (А—азот чистый, содержащий не менее 99,998% объема N2, Кт — кислород технологический, содержащий 92—95% объема О2, производительность по азоту — 16-10 нм /ч). [c.235] Расход электроэнергии составляет на 1 м кислорода 0,53 кВт-ч, азота 0,09 кВт-ч. [c.235] Вернуться к основной статье