ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы УСТАНОВКИ ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ ВОЗДУХА Организация производства из "получение кислорода Издание 4" Для полного разделения жидкого воздуха на жидкий кислород и газообразный азот применяется процесс ректификации, осуществляемый в специальных аппаратах, называемых ректифи-кационны.чи колоннами. [c.95] Пример пользования номограммой Т—р— —х—у (см. рис. 25). [c.96] Сущность процесса. Испарение и конденсация—процессы обратимые. При испарении 1 кг жидкости затрачивается теплота испарения. При конденсации 1 кг полученного пара, в условиях отсутстрл1я потерь теплоты в окружающую среду, выделяется такая е го величине скрытая теплота конденсации. [c.97] Проходя через слой жидкой смеси азота и кислорода, кисло род конденсируется, так как является менее летучим компонентом, чем азот. При этом из жидкости испаряется количество азота, приблизительно равное количеству сконденсировавшегося кислорода. [c.97] Наполним сосуд жидким воздухом и пропустим через него по трубке газообразный кислород. Поднимающиеся в жидкости пузырьки пара состоят почти из чистого азота. В этом легко убедиться, поднеся к ним горящую спичку,—пламя быстро погаснет. [c.97] На явлении конденсации кислорода в кислородо-азотной жидкости с одновременным испаре ием из нее азота и основан процесс ректификации. Сущность процесса и со-стоит в том, что образующуюся п р и и с п а-рении жидкого воздуха парообразную смесь азота и кислорода пропускают через жидкость с меньшим содержанием кислорода. Поскольку жидкость содержит меньше кислорода и больше азота, она имеет более низкую температуру, чем проходящий через нее пар. Это вызывает конденсацию кислорода из пара и обогащение им жидкости и одновременно испарение из жидкости азота, т. е. обогащение им паров над жидкостью. [c.97] Рассматриваемый процесс происходит при непосредственном соприкосновении пара с жидкостью и повторяется много раз до тех пор, пока не получится газ, состоящий почти из одного азота, и почти чистый жидкий кислород. Такой процесс называется массообменом. [c.97] Рассмотрим упрощенную схему процесса многократного испарения и конденсации жидкого воздуха (рис. 27), воспользовавшись также графиком рис. 22. Для этого принимаем, что воздух представляет собой двойную (бинарную) смесь, т. е. состоит только из кислорода и азота. Пусть имеется несколько сосудов (/—V0 и в верхнем из них находится жидкий воздух с содержанием 21% кислорода. Стекая вниз, жидкость будет постепенно обогащаться кислородом, и температура ее повышается. [c.97] Упрощенная схема процесса многократного испарения и конденсации жидкого воздуха. [c.98] Те же рассуждения можно провести для последующих сосудов. При сливе из верхних сосудов в нижние жидкость постепенно обогащается кислородом, конденсируя его из поднимающихся паров и отдавая им свой азот. [c.98] В колпачковых тарелках 3 имеются отверстия, покрытые колпачками 4. Пар через эти отверстия поступает под колпачки, выходит через прорези в нижней части колпачков и пробулькивает через слой жидкости, находящийся на тарелке. Мелкие отверстия в сетках и колпачки служат для того, чтобы разбить поток пара на небольшие струйки с целью получения максимальной поверхности контакта между паром и жидкостью. [c.100] Как уже указывалось, в верхней части колонны на тарелках находятся жидкость и пары, содержащие большее количество азота и, наоборот, в нижней части колонны на тарелках находятся жидкость и пары, содержащие больше кислорода, но меньше азота. Таким образом, в ректификационной колонне с помощью тарелок осуществляется процесс непрерывного разделения жидкого воздуха на азот, отводимый из верха колонны, и кислород, собирающийся в нижней ее части. [c.100] Если прн расчете воздух принимается за тройную смесь (т. е. учитывается и аргон), то значения к. п. д. тарелки повышаются 0,8—1,0. [c.101] Увеличивать число тарелок против теоретических приходится потому, что воздух содержит третий компонент—аргон, температура конденсации которого i—185,8 °С) лежит между телшературами конденсации кислорода и азота. Вследствие этого аргон собирается в основном на тарелках, расположенных в средней части колонны. При получении одного из продуктов высокой концентрации, аргон в большем количестве примешивается к отходящему продукту низкой концентрации при получении чистого кислорода—к отбросному азоту, а при выработке чистого азота—к отбросному кислороду, в котором тогда содержится до 4,3 о аргона. Поэтому при расчете процесса ректификации воздуха как бинарной смеси приходится для компенсации влияния аргона увел11чивать число тарелок в колонне, прини.чая для них пониженные значения коэффициента Туд-р.. [c.101] Проходя через слой жидкости на тарелке, пары уносят капельки жидкости на лежащую выше тарелку и тем ухудшают разделение смеси, так как увеличивают содержание кислорода на верхней тарелке, понижая ее к. п. д. Чем выше скорость паров, тем больше унос жидкости и тем меньше к, п. д. тарелок. Влияние уноса можно снизить, увеличив расстояние между тарелками, но при этом возрастает высота колонны. [c.102] Унос жидкости происходит в виде пены или брызг. Пенный унос характерен для небольшой скорости паров (порядка 0,25— 0,3 м/сек). При больших скоростях унос происходит в виде брызг. Унос тем больше, чем выше уровень жидкости на тарелке. Расстояние между тарелками в воздухоразделительных аппаратах обычно равно 50—100 мм при скорости в некоторых колоннах, равной 0,8—1 м/сек, это расстояние увеличивают до 130—150 мм. а для уменьшения уноса жидкости над тарелками ставят отбойные устройства или увеличивают диаметр отверстий в ситчатых тарелках (до 1,3 мм). Последний способ как достаточно эффективный, позволяющий увеличивать скорость паров без за.метного уменьшения к. п. д. тарелок, нашел применение в кислородных аппаратах большой производительности. [c.102] Для примера рассмотрим два простейших случаях движения жидкости на соседних тарелках. [c.103] Теоретически наибольший эффект достигается, когда жидкая и паровая фазы разных концентраций не перемешиваются, а частицы пара на своем пути вступают во взаимодействие с соответствующими им по составу и количеству частицами жидкости. Если где-либо в одном месте скапливается большее количество жидкости, чем это требуется для конденсации проходящего в данном месте количества пара, то процесс ректификации нарушается и проходит менее эффективно. Конструкции тарелок, которые в наибольшей степени удовлетворяют этому основному условию и обеспечивают наименьший унос жидкости паром, всегда имеют наиболее высокий к. п. д. По этому принципу построены кольцевые тарелки, получившие широкое распространение. Описание конструкций тарелок дано в гл. VIII. [c.104] В колоннах воздухоразделительных установок низкого давления, работающих с регенераторами (см. гл. IV), неравномерность работы тарелок обусловлена также периодическими переключениями регенераторов, вызывающими колебания скорости пара в колонне и связанные с этим изменения количества и высоты уровня жидкости на тарелках. При уменьшении скорости пара в момент переключения регенераторов жидкость накапливается на тарелке, а при восстановлении потока пара частично сбрасывается через переливные стаканы на нижележащую тпрелку. Такие колебания в работе снижают эффективность тарелки на 10—20%. [c.104] У —ректификационная колонна 2—тарелки 3, 9—трубы отвода кислорода и азота 4—труба подвода сжатого воздуха 5 — сосуд испарителя (куб) 6—змеевик испарителя 7—дроссельный вентиль воздуха 5—труба для подачи жидкого воздуха на верхнюю тарелку. [c.104] Вернуться к основной статье