Rūpnieciskajā gāzes ražošanā kriogēnās gaisa atdalīšanas tehnoloģija joprojām ir galvenā metode liela mēroga-augstas-tīrības skābekļa ražošanā. Daudzi cilvēki zina, ka šī iekārta var pārvērst gaisu par skābekli, taču tikai daži patiešām saprot, kā tas sasniedz augstu tīrību. Šajā rakstā ir aprakstīti procesa principi, atdalīšanas loģika un galvenie kontroles punkti aiz kriogēnās gaisa atdalīšanas ierīcēm. Kā tehnisks uzņēmums, kas cieši nodarbojas ar šo jomu, Shenger Gas ir uzkrājis praktisku pieredzi kriogēno gaisa atdalīšanas sistēmu projektēšanā un projektēšanā{5}}, ar kuru ir vērts dalīties.
Pamatprincips nav "filtrēšana", bet gan viršanas temperatūras atšķirība
Pirmkārt, ir jānoskaidro izplatīts nepareizs priekšstats: kriogēnā gaisa atdalīšana nav atkarīga no fiziskās filtrēšanas, lai iegūtu skābekli. Tas izmanto dabiskās viršanas punktu atšķirības starp gaisa komponentiem. Atmosfēras spiedienā skābeklis vārās -183 grādos, slāpeklis -196 grādos un argons -186 grādos. Atdzesējot gaisu zem -170 grādiem, lai to sašķidrinātu, un pēc tam izmantojot masu un siltuma pārnesi starp gāzes un šķidruma fāzēm destilācijas kolonnā, kļūst iespējama komponentu atdalīšana.
Pirmais solis ceļā uz augstas{0}}tīrības pakāpes skābekli ir gaisa saspiešana, iepriekšēja-dzesēšana un attīrīšana, lai noņemtu ūdeni, oglekļa dioksīdu un ogļūdeņražus. Nepilnīga apstrāde šajā posmā var viegli sasalt vai bloķēt pakārtotās ejas un siltummaiņus, strauji pasliktinot destilācijas veiktspēju. Tāpēc priekšējās-attīrīšanas sistēmas uzticamība tieši nosaka, vai galaprodukts var stabili sasniegt 99,6% vai augstāku tīrību.
Koordinācija starp apakšējo un augšējo kolonnu: destilācijas galvenā nodaļa
Tipiskā dubultās -kolonnas destilācijas sistēma, kas pazīstama arī kā divu-kolonnu process, ir visplašāk izmantotā struktūra kriogēnā skābekļa ražošanā. Apakšējā kolonna apstrādā sākotnējo atdalīšanas uzdevumu. Pēc tam, kad sašķidrināts gaiss nonāk apakšējā kolonnā, augošie tvaiki un lejupejošais šķidrums atkārtoti saskaras viens ar otru. Slāpeklis pakāpeniski koncentrējas augšpusē, bet ar skābekli bagāts šķidrums uzkrājas apakšā. Šis skābekļa{7}}bagātais šķidrums parasti satur 38–42% skābekļa,{10}}atbilstoši produkta kvalitātes prasībām.
Pēc tam šo skābekļa{0}}bagāto šķidrumu ievada augšējās kolonnas vidū kā barību tālākai koncentrācijai. Augšējā kolonna vienlaikus saņem šķidrā slāpekļa atteci no apakšējās kolonnas augšdaļas, veidojot pilnīgas rektifikācijas un atdalīšanas sekcijas. Skābeklis galu galā uzkrājas augšējās kolonnas apakšā, bet slāpeklis iziet no augšas. Ar pareizu aprīkojuma konstrukciju un stabilu darbību skābekļa tīrība augšējās kolonnas apakšā var sasniegt 99,6% līdz 99,8% vai pat augstāku.
Viena viegli nepamanāma detaļa: argona klātbūtne ievērojami ierobežo skābekļa tīrības uzlabošanos. Argons veido aptuveni 0,93% gaisa, un tā viršanas temperatūra atrodas tieši starp skābekli un slāpekli. Parastos skābekļa ražošanas procesos bez argona izvadīšanas-porta argons uzkrājas augšējās kolonnas vidū, daļai nokļūstot skābekļa produktā un samazinot tā tīrību. Tāpēc, lai stabili ražotu augstas -tīrības pakāpes skābekli virs 99,8%, parasti ir nepieciešams papildu argona kolonna vai pilnīga -destilācijas ūdeņraža-bez argona reģenerācijas process.
Produkta tīrību nenosaka viens parametrs
Daudzi lietotāji uzdod līdzīgu jautājumu: kas tad īsti garantē skābekļa tīrību, kad iekārta ir iegādāta? Atbilde nav viens rādītājs, bet gan parametru kopas dinamiskais līdzsvars.
- Paplašinātāja dzesēšanas jauda. Nepietiekama dzesēšana samazina atteces šķidruma daudzumu augšējā kolonnā, pazeminot destilācijas efektivitāti. Pārmērīga dzesēšana var pārvēsināt kolonnu, izjaucot arī atdalīšanu.
- Gaisa padeves plūsmas ātrums un spiediens. Lielas svārstības tieši ietekmē gāzes -šķidruma līdzsvaru kolonnā, izraisot tīrības svārstības.
- Apakšējās kolonnas šķidrā slāpekļa atteces regulēšana. Šī ir viena no visizplatītākajām un jutīgākajām kontroles metodēm. Pārāk mazs atteces daudzums samazina skābekļa saturu apakšējā kolonnā ar skābekli{2}}bagātajā šķidrumā. Pārāk daudz refluksa faktiski samazina skābekļa tīrību augšējās kolonnas apakšā.
- Izvelciet-porta pozīciju un atvēršanu. Ja skābekļa, šķidrā skābekļa un izlietotā slāpekļa izvadīšanas ātrums neatbilst kolonnas iekšējā sastāva profilam, tīrību kļūst grūti uzturēt.
Inženierpraksē labi{0}}darbīgas kriogēnās gaisa atdalīšanas iekārtas operatoriem parasti ir tikai precīzi-jānoregulē divi vai trīs atslēgas vārsti, lai uzturētu stabilu stāvokli. Bet tas paredz, ka paplātes efektivitāte vai iepakojuma sadalījums jau no paša sākuma ir pareizi izstrādāts. Pretējā gadījumā nekāda regulēšana nesasniegs dizaina tīrību.
Kur ir atšķirība starp skābekļa ražošanu un stabilu augstas{0}}tīrības skābekļa ražošanu
Daudzas tirgū pieejamās kriogēnās gaisa atdalīšanas iekārtas var ražot aptuveni 99,5% skābekli, taču, sasniedzot stabilu veiktspēju virs 99,8% -turot vairākus mēnešus bez izslēgšanas vai svārstībām-, tiek izvirzītas augstākas prasības vairākām mazāk acīmredzamām vietām.
- Šķidruma sadalījuma vienmērīgums kolonnas iekšpusē. Neatkarīgi no tā, vai tiek izmantotas sieta paplātes vai strukturēts iepakojums, nevienmērīga gāzes -šķidruma sadale izraisa lokālas sausas zonas vai plūdus, kas tieši samazina kopējo tīrību. Tas ir īpaši svarīgi liela mēroga-vienībās, kas apstrādā tūkstošiem vai pat desmitiem tūkstošu parasto kubikmetru stundā.
- Aukstuma kastes blīvēšanas un perlīta nosēšanās kontrole. Bojātas aukstumkastes blīves vai nosēdinātais perlīts ļauj mitram āra gaisam iekļūt un sasalst, vai arī izraisa lokālus aukstuma zudumus, pakāpeniski mainot iekšējos apstākļus.
- Analītisko instrumentu precizitāte un reakcijas laiks. Ja tiešsaistes skābekļa analizatora reakcijas laiks pārsniedz 10 sekundes, operatori jau strādā ar novecojušiem datiem,{2}}pielāgojumi vienmēr atpaliks.
Šīs nepilnības bieži vien nevar pilnībā novērst ar teorētiskiem aprēķiniem uz papīra. Tie daudz vairāk ir atkarīgi no ražotāja procesu pieredzes un -nodošanas ekspluatācijā iespējām uz vietas. Tāpēc Shenger Gas konsekventi uzskata projektēšanu, ražošanu un nodošanu ekspluatācijā kā slēgtu cilpu projekta izpildē, nevis nodrošina tos kā atsevišķus posmus.
Divas viegli aizmirstamas detaļas faktiskajā darbībā
Pirmkārt, iesildīšanas{0}} un atkausēšanas cikla ietekme uz tīrības atjaunošanos. Kad kriogēnās gaisa atdalīšanas iekārta kādu laiku ir darbojusies, plākšņu-suru siltummaiņa kanālus pakāpeniski bloķē oglekļa dioksīda vai mitruma pēdas. Tas parādās kā temperatūras starpības palielināšanās siltajā galā un pieaugošs zemāks kolonnas spiediens. Daudzas komandas steidzas atsākt pēc iesildīšanās-, taču tīrības atjaunošana prasa divas vai trīs dienas. Pareizā pieeja ir vispirms izveidot pietiekamu dzesēšanas jaudu pēc iesildīšanas, darbināt augšējo kolonnu ar konservatīvu atteces koeficientu un tikai pakāpeniski palielināt skābekļa ražošanu un tīrību, kad visi temperatūras mērīšanas punkti stabilizējas.
Otrkārt, apkārtējā gaisa kvalitāte nav bezgala laba. Gaisa atdalīšanas vienības, kas atrodas netālu no ķīmiskajām rūpnīcām vai tērauda rūpnīcām, bieži satur nelielu daudzumu amonjaka, sērūdeņraža vai ogļūdeņražu. Šie piemaisījumi ne tikai ietekmē molekulārā sieta kalpošanas laiku,-daži komponenti ar zemu viršanas temperatūru-var iekļūt destilācijas kolonnā un koncentrēties kopā ar skābekli, galu galā pazeminot skābekļa tīrību un pat apdraudot drošību. Šādos gadījumos ir ļoti ieteicams pievienot mērķtiecīgus adsorbcijas slāņus pirms attīrīšanas sistēmas.
Augstas-tīrības skābekļa ražošana ar kriogēno gaisa atdalīšanas iekārtu būtībā ir gaisa fizikālo īpašību precīza izmantošana. No attīrīšanas, dzesēšanas un sašķidrināšanas līdz divkāršās -kolonnas destilācijai, katrs solis veido pamatu galīgajai 99,8% skābekļa plūsmai. To saprotot, kļūst skaidrs, kāpēc dažādi ražotāji var iegūt tik atšķirīgus faktiskos tīrības rezultātus no šķietami identiskām procesa shēmām. Reālā plaisa reti ir pašā procesā, bet gan detaļu apstrādē, kas ietekmē destilācijas līdzsvaru.
Ja projekts cīnās ar nestabilu skābekļa tīrību vai attīrīšanas sastrēgumiem, ir laba vieta, kur sākt, izmeklējot iepriekš apspriestos galvenos kontroles punktus. Tehniskas problēmas bieži vien neprasa pārāk sarežģītus risinājumus. Atgriežoties pie pamatprincipiem, bieži vien tiek sniegtas vistiešākās atbildes.
