Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Низкотемпературная ректификация




Разделение сжиженных газовых смесей ректификацией проводят при очень низких температурах под избыточным давлением в аппаратах, не­сколько отличающихся от обычных. При этом продукты разделения полу­чают полностью или частично в парообразном виде. Однако основные зако­номерности процесса разделения и методика расчета ректификационных аппаратов сходны с рассмотренными выше.

Отметим специфические особенности устройства разделительных аппа­ратов для газовых смесей на примере ректификации жидкого воздуха, получаемого методами глубокого охлаждения (см. главу XV). Разделение воздуха осуществляют в одноколонных разделительных аппара­тах, или в аппаратах одинарной ректификации, и в двухко­лонных аппаратах, или в аппаратах двойной ректификации.

Установки одинарной ректификации. Сжатый в компрессоре воздух после очистки от пыли, двуокиси углерода и водяных паров подается в теплообменник 1 (рис. XII-35), где охлаждается продуктами ректифика­ции (кислородом, и азотом). Затем воздух поступает в змеевик кипя­тильника 2 колонны, где он частично конденсируется, отдавая тепло жид­кому кислороду, кипящему снаружи змеевика. Пары практически чисто­го кислорода отводятся из кипятильника в теплообменник 1.

Частично сконденсированный воздух, пройдя через дроссельный вен­тиль 3, еще больше охлаждается. Смесь жидкого и парообразного воздуха поступает на верхнюю тарелку ректификационной колонны 4. На тарел­ках колонны происходит обычный процесс ректификации: при много­кратном взаимодействии стекающей жидкости с поднимающимися снизу парами из последних конденсируется кислород (высококипящий компо­нент), а из жидкости испаряется азот (низкокипящий компонент). В ре­зультате из

Рис. ХII-35. Установка оди­нарной ректификации для разделения жидкого воз­духа: 1 — теплообменник; 2 — змеевик-кипятильник; 3 — дроссельный вентиль; 4 — ректификационная колонна.

верхней части колонны удаляются пары азота, близкие к рав­новесию с подаваемым в колонну воздухом и поэтому содержащие при­месь кислорода (не более 7—10%). В кипятильник колонны поступает чистый кислород. Как указывалось, кислород и технический азот направ­ляются в теплообменник / для охлаждения сжатого в компрессоре воз­духа.

Рис. XII-36 Установка двойной ректификации для разделения воздуха: 1-нижняя ректификацион­ная колонна; 2-верхняя ректификационная rколонна; 3-зиеевик; 4 — кипятильник нижней колонны;5-7дроссельные вентили; 8-карман.

Особенность устройства ректификационной колонны 4 заключается в том, что она не имеет дефлегматора и работает как колонна исчерпыва­ния. Это объясняется тем, что практически невозможно подобрать охлаж­дающий агент для конденсации паров дистиллята (азота), так как для этой цели понадобилась бы жидкость, имеющая температуру более низкую, чем температура жидкого азота. Кроме того, в качестве исходной смеси и флегмы в колонну поступает воздух с очень низкой температурой, при которой точка пересечения рабочих линий может практически соответ­ствовать составу дистиллята, что вообще устраняет потребность в дефлег­маторе.

Существенным недостатком одинарной ректификации являются поте­ри кислорода с азотом. Около одной трети кислорода удаляется с азотом, загрязняя его, и лишь две трети кислорода, находящегося в воздухе, сжимаемом в компрессоре, полезно используется.

Принципиально возможный способ повышения степени чистоты азота и увеличения выхода кислорода при разделении воздуха заключается в питании ректификационной колонны исходной смесью более богатой азо­том, чем обычный воздух. Этот принцип используется в установках двой­ной ректификации для разделения воздуха.

Установки двойной ректификации. В такой установке (рис. ХII-36) для предварительного обогащения воздуха применяют добавочную ниж­нюю колонну 1, работающую под высоким давлением, большим, чем дав­ление в основной верхней колонне 2, которая устанавливается непосред­ственно на колонне 1. Благодаря более высокому давлению в нижней ко­лонне она имеет дефлегматор (охлаждаемый жидким кислородом, стекаю­щим из колонны 2), который одновременно служит кипятильником для колонны 2. Исходный очищенный и охлажденный воздух, сжатый до ~7 ат, вводят в змеевик 3 кипятильника колонны 1. Отдавая тепло, не­обходимое для кипения жидкости в кипятильнике, воздух конденсирует­ся. Сжиженный воздух проходит через дроссельный вентиль 5, и, охла­дившись еще больше, поступает на питающую тарелку колонны 1, в ко­торой поддерживается давление, равное ~6 ат. В результате в колонне 1 собирается жидкость, обогащенная ВК (кислородом), и в кипятильник 4 стекает жидкость, содержащая примерно 40—60% О2. Здесь она частич­но испаряется вследствие теплообмена с воздухом, проходящим через змеевик 3. Образовавшиеся пары поднимаются вверх и, взаимодействуя со стекающей жидкостью, обогащаются азотом. Пары азота, содержащие 94—96% N2, поступают в трубки дефлегматора, где они полностью кон­денсируются, отдавая тепло жидкому кислороду, стекающему из колон­ны 2 и кипящему в межтрубном пространстве дефлегматора.

Для осуществления процесса теплообмена в дефлегматоре температура кипения НК (азота) в трубках дефлегматора должна быть выше темпера­туры кипения кислорода в кипятильнике колонны 2. Это достигается при указанном выше повышении давления до ~6 ат в колонне / по сравнению с давлением в колонне 2, равным ~1,5 ат.

Обогащенная кислородом жидкость из кипятильника нижней колон­ны поступает через дроссельный вентиль 6 (снижающий ее давление до ~1,5 ат) на тарелку питания верхней колонны 2.

Жидкий азот (с концентрацией 98% N2), сконденсированный в деф­легматоре, делят на две части. Около половины его количества подают на орошение колонны 1 для более полной очистки кислорода от азота, а остальная его часть, собирающаяся в кармане 5, через дроссельный вен­тиль поступает в качестве флегмы на орошение колонны 2.

Получаемые азот и кислород содержат некоторое количество аргона и других редких газов, которые находятся в исходном воздухе. Для по­вышения степени чистоты конечных продуктов разделения приходится удалять часть паров с той тарелки колонны 1, на которой в наибольшем количестве накапливается аргон. Дальнейшее разделение редких газов происходит путем низкотемпературной ректификации в отдельных ко­лонных аппаратах.

Из верхней части колонны 2 выводят пары азота, содержащие 99,8-99,9% N2, снизу колонны 1 — технический жидкий кислород (99,3% О2).

Известен также другой способ повышения степени чистоты азота при использовании аппарата, в котором вместо дополнительной колонны применяют дефлегматор с длинными трубками. Охлажденный воздух из компрессора частично конденсируется и обогащается азотом. Такое пред­варительное разделение воздуха в дефлегматоре, работающем при более высоком давлении, чем колонна 2, позволяет заменить им колонну 1.

В настоящее время выпускаются комплектные установки для разделе­ния воздуха производительностью до 7500 м3воздуха и более.







Дата добавления: 2015-08-17; просмотров: 785. Нарушение авторских прав; Мы поможем в написании вашей работы!


Рекомендуемые страницы:


Studopedia.info - Студопедия - 2014-2021 год . (0.002 сек.) русская версия | украинская версия