gototopgototop

"Научный аспект №2-2019" - Технические науки

УДК 681.5

Низкотемпературная ректификация воздуха с получением азота

Турнин Раиль Дамирович – магистрант Казанского национального исследовательского технологического университета.

Усманова Асия Айтугановна – кандидат технических наук, доцент кафедры Систем автоматизации и управления технологическими процессами Казанского национального исследовательского технологического университета.

Аннотация: Газообразный азот предназначается для создания инертной атмосферы при производстве, хранении и транспортировании легко окисляемых продуктов, при высокотемпературных процессах обработки металлов, не взаимодействующих с азотом, для консервации замкнутых металлических сосудов и других целей. В статье рассмотрен процесс низкотемпературной ректификация воздуха.

Ключевые слова: Технологический процесс, низкотемпературная ректификация, атмосферный воздух, газообразный азот, автоматизация.

Направляемый для разделения воздух поступает в основную колонну тремя потоками [1]:

  • первый поток, основной поток прямого воздуха 0,86 м33, охлажденный в регенераторах до температуры минус 172-166оС, проходит по трубкам подогревателя отбросного газа, конденсируется за счет холода детандерного потока и в жидком состоянии поступает в кубовую часть основной колонны;
  • второй поток, «петлевой», после очистки в газовых адсорберах проходит по трубкам детандерного теплообменника, дополнительно охлаждается за счет холода отбросного газа перед турбодетандером, после чего, смешавшись с потоком воздуха после регенераторов, поступает в основную колонну;
  • третий поток, часть основного потока с холодного конца регенераторов непосредственно поступает в основную колонну.

Последний поток, оставаясь наиболее теплым из всех потоков, является газообразным теплоносителем для испарения легкокипящего жидкого азота на тарелках основной колонны.

Разделение воздуха на соответствующие компоненты – азот и азотно-кислородную смесь - осуществляется в основной колонне, представляющей из себя ректификационную колонну с встроенными ситчатыми тарелками в количестве 29 ед. с переливными устройствами [2].

В результате разделения воздуха в колонне в верхней её части собирается чистый газообразный азот, на тарелках - жидкий азот, а в нижней части накапливается жидкость, обогащенная кислородом до 34 % об.

Из основной колонны кубовая жидкость через фильтр кубовой жидкости подается в отделитель пара для разделения фаз и в трубное пространство основного конденсатора.

За счет холода переохлажденной жидкости в межтрубном пространстве основного конденсатора конденсируются пары чистого азота, поднимающиеся из основной колонны при давлении 4,5 кгс/см2. Образовавшийся при этом конденсат из конденсатора стекает в колонну и орошает тарелки в качестве флегмы. Газообразный азот из основного конденсатора отбирается потребителю в количестве 4-6 тыс. м3/ч, отдавая свой холод прямому потоку воздуха в регенераторах, подогревается от температуры минус 178-176 до 15-35оС.

Для нормальной работы основного конденсатора в «мокром» режиме уровень жидкости в трубном пространстве поддерживается в оптимальных пределах 0,25-0,29 кгс/см2 подачей кубовой жидкости основной колонны, отбором чистого азота и регулированием рабочего давления в этом пространстве.

Для безопасной работы основного конденсатора применяется очистка жидкости от углеводородов, попавших в установку разделения с воздухом из окружающей среды, в жидкостных адсорберах, путем циркуляции через слой силикагеля. Силикагель при низких температурах адсорбирует из жидкости ацетилен и углеводороды.

Процесс очистки происходит непрерывно. Прекращение циркуляции кубовой жидкости недопустимо и может привести к увеличению содержания углеводородов в циркуляционном цикле.

Из основного конденсатора после адсорберов кубовой жидкости часть жидкости 0,02 м33 отбирается в колонну технического кислорода, которая дросселируется до давления 0,3 кгс/см2 и подаётся на верхнюю тарелку на орошение тарелок в качестве флегмы и дальнейшее разделение.

Колонна технического кислорода представляет собой цилиндрический аппарат с встроенными ситчатыми тарелками в количестве 31 ед. с переливными устройствами, на которых происходит процесс ректификации с получением технического кислорода в качестве кубовой жидкости [3].

В нижней части колонны технического кислорода смонтирован конденсатор, в трубках которого при рабочем давлении конденсируется прямой воздух за счет холода испаряющегося в межтрубном пространстве жидкого кислорода.

Сопротивление колонны технического кислорода зависит в основном от количества орошения жидкостью и поднимающихся по колонне паров, т.е. от интенсивности процесса ректификации, только в некоторых случаях – от забивки тарелок кристаллами диоксида углерода.

Несконденсировавшиеся пары азотно – кислородной смеси с верха колонны технического кислорода отводятся в линию отбросного газа от турбодетандера.

Отбросной газ 0,57 м33, образующийся в результате испарения кубовой жидкости в трубках основного конденсатора, подогретый в межтрубном пространстве детандерного теплообменника до температуры минус 181-166оС, поступает в турбодетандерный агрегат для расширения.

Поступающий на расширение сжатый воздух по распределительной улитке корпуса равномерно подводится к соплам направляющего аппарата. В соплах направляющего аппарата воздух, расширяясь, приобретает определенную скорость и поступает в каналы вращающегося рабочего колеса. В рабочем колесе давление падает от 3,0 кгс/см2 до 0,2-0,4 кгс/см2, происходит обратный компримированию процесс. Вследствие резкого расширения газа происходит охлаждение его до температуры минус 182-189оС [2].

Турбодетандер, находясь в постоянной работе, располагаясь в конце технологической цепочки, компенсирует потери холода в установившемся режиме или является источником холода в пусковом режиме.

Азот из змеевиков регенераторов с содержанием кислорода в азоте не более 5 ppm, выводится из установки разделения воздуха с давлением 4-6 кгс/см2. При ухудшении качества вырабатываемого азота с содержанием кислорода 5 ppm сбрасывается в атмосферу. Возможным источником ухудшения качества азота может быть нарушение герметичности трубок регенераторов. Вследствие чего воздух, находящийся под давлением, попадает в азот, выходящий из установки воздухоразделения, под меньшим давлением.

Список литературы

  1. Епифанова В.И. Термодинамические основы разделения воздуха, схемы и аппараты воздухоразделительных установок.: «Машиностроение», 1973.- 468 с.
  2. Герш С.Я. Глубокое охлаждение Часть 1 -М.: "Советская наука", 1947, - 364 с.
  3. Бронштейн А.С., Васильев В.В. Разделение смесей кислород-аргон-азот в колонне со структурированной насадкой // Труды ОАО «Криогенмаша» -1999.-Криогенная техника: Юбилейный выпуск.-С.81-83
Интересная статья? Поделись ей с другими:

Внимание, откроется в новом окне. PDFПечатьE-mail

Отправить статью

...

Форма оплаты

Номер статьи, присвоенный редакцией
Количество страниц в статье
Количество экземпляров журнала
Доставка: РФСНГ
Скидка (%)
Заказать свидетельство о публикации
1. Стоимость публикации каждой страницы статьи составляет 200 рублей.
2. Стоимость каждого экземпляра журнала, включая его изготовление и доставку, составляет 300 рублей для России и 600 рублей для стран СНГ.
3. Стоимость печатного свидетельства о публикации составляет 100 рублей

Реквизиты для оплаты через банк