Молекулярная

Компонент	Содержание		Молекулярная масса	г* С	2 2 J3 о о с —«		Температура, °С				Критические параметры
	% об.	% мае.					кипе­ ния		плав­ ления		Т,°С	Л МПа
Азот	78,09	75,52	28.00	0.968		-195.8		-209.8		-147.1		3,35
Кислород	20.95	23.15	32.00	1,105		-182.8		-218.4		-118.8		5,13
Диоксид углерода	0.03	0,05	44.00	1,529		-78,2		-56.6		31,1		7,30
Аргон	0.93	1,28	39.91	1.379		-185,7		-189.2		-122.0		4.80
Гелий	5.1 -К)-^4	7-10'^5	3.99	0.138		-268.9		-272,2		-267.9		0,23
Неон	18-10'^4	1,2-10’^3	20.20	0.696		-245.9		-248.7		-128,7		2.59
Криптон	1,08-10'^4	3-10'^4	82,90	2,868		-151.8		-169.0		-63,0		5,40
Ксенон	0.9-10'^5	4-10'^5	130,20	4.525		-109.1		-140.0		16.0		5.82

Кроме перечисленных компонентов, воздух содержит незначительные количества водорода, а также водяной пар и ацетилен. Влажность воздуха сильно колеблется в зависимости от времени года, состояния погоды и географических координат. Наличие С2Н2 объясняется тем, что, как правило, установки большой мощности, размещаются на территориях химических комбинатов по производству различное продукции, в том числе и ацетилена. При заборе атмосферного воздуха для разделения ацетилен, являясь взрывоопасным газом, в незначительных количествах входит в состав воздуха, что опасно для низкотемпературных установок. Накопление большого количества ацетилена может привести к взрыву.


84

1. 
   Методы разделения атмосферного воздуха
   

В настоящее время основным способом получения индивидуальных промышленных газов (N2, СЬ, Ar, Не, Ne, Кг, Хе) является разделение воздуха, которое осуществляется одним из следующих методов: адсорбционным; мембранным; криогенным.
ПРОМЫШЛЕННЫЕ МЕТОДЫ РАЗДЕЛЕНИЯ ВОЗДУХА
АДСОРБЦИОННЫЙ МЕМБРАННЫЙ КРИОГЕННЫЙ





»» ♦ *7


РЧ


ИЗБИРАТЕЛЬНОЕ ПОГЛОЩЕНИЕ АДСОРБЕНТОМ





ИЗБИРАТЕЛЬНАЯ ПРОНИЦАЕМОСТЬ ЧЕРЕЗ МЕМБРАНУ





ТЕППО-1ЛАССООБ1ДЕН


А+В
в


Соответственно все промышленные установки делятся на: адсорбционные установки; мембранные установки; криогенные установки.

1. 
   Адсорбционная технология
   

Адсорбционная технология основана на поглощении молекулярными ситами определенных веществ, за счет этого обеспечивается разделение воздушной смеси. Данный метод позволяет эффективно получать из атмосферного воздуха такие газы как азот и кислород.
Установки работают по принципу короткоцикловой безнагревной адсорбции (КБА). На сегодняшний день получили распространение три метода организации циклического безнагревного процесса адсорбционного разделения воздуха: напорные - по международной терминологии Pressure Swing Adsorbtion (PSA), вакуумные - Vacuum Swing Adsorbtion (VSA) и смешанные - Vacuum Pressure Swing Adsorbtion (VPSA).
Для напорных схем Pressure Swing Adsorbtion (PSA) - азот (кислород) извлекают при давлении выше атмосферного, а стадия регенерации адсорбента
85

о о	0 >		0 0 л
о			и о о °°
О	rjrjLAr *; 0	Сброс	о °о о о о
<	О	t п	о Чг
t	рм	'б О	4н
	щх]

Адсорбер 2
Стадия
регенерат
(сброс
поглацежого
азота)


Клапан, дроссель за» рыт
Клапан, дроссель отер ь/т
Азот


t Вход


воздуха


О Кислород
Рис. 25. Схема работы адсорбционного кислородного генератор


Принцип действия адсорбционного азотного генератор аналогичен вышеописанному процессу. Однако в данном случае в качестве адсорбента используют углеродные адсорбенты (углеродные молекулярные сита - УМС), в порах которых адсорбируется О?, в то время как N2 является несорбирующимся компонентом.


86

2. 
   Мембранная технология
   

Основой мембранной технологии разделения газов является мембрана, с помощью которой происходит разделение газов. Современная газоразделительная мембрана представляет собой отнюдь не плоскую пластину или пленку, а полое волокно (см. рис. 26 а).





Рис. 26 а. Мембраны для разделения воздуха


Для технологий мембранного разделения газов применяется современная половолоконная мембрана, состоящая из пористого полимерного волокна с нанесенным на его внешнюю поверхность газоразделительным слоем. Пористое волокно имеет сложную асимметричную структуру, плотность полимера возрастает по мере приближения к внешней поверхности волокна. Применение пористых подложек с асимметричной структурой позволяет разделять газы при высоких давлениях (до 6,5 МПа).
Толщина газоразделительного слоя волокна не превышает 0,1 мкм, что обеспечивает высокую удельную проницаемость газов через полимерную мембрану. Существующий уровень развития технологии позволяет производить полимеры, которые обладают высокой селективностью ири разделении различных газов, что, соответственно, обеспечивает высокую чистоту газообразных продуктов. Современный мембранный модуль, используемый для технологии мембранного разделения тазов, состоит из сменного мембранного картриджа и корпуса. Плотность упаковки волокон в картридже достигает значений 3000 - 3500 м² волокна на один кубический метр картриджа, что позволяет минимизировать размеры газоразделительных установок.
Корпус модуля имеет один патрубок для входа исходной смеси газов и два патрубка для выхода разделенных компонентов.
Разделение смеси с помощью мембранной технологии происходит за счет разницы парциальных давлений на внешней и внутренней поверхностях половолоконной мембраны. Газы, «быстро» проникающие через полимерную мембрану (например Hi, ССЬ, СЬ, пары воды, высшие углеводороды), поступают внутрь волокон и выходят из мембранного картриджа через один из выходных патрубков. Г азы, «медленно» проникающие через мембрану (например, СО, N2, СН4), выходят из мембранного модуля через второй выходной патрубок.


87




Схематическое изображение газоразделительного мембранного картриджа представлено на рис. 26 б.


Воздух