Молекулярная

Рп
где р_п - объемная доля компонента п в смеси, доли единицы;
R - универсальная газовая постоянная (8,314 кДж/(кмоль-град));
Г-температура, К.
Минимальная работа, необходимая для разделения воздуха при температуре 290 К равна:
f_min = 8,314-290 (0,791 • ln^ + 0,209 • In = 1235 кДж/кмоль (47)
Затраты энергии на реализацию процесса:
^min ⁼ ~ 24500 ^{= 0}'^{05 КДЖ/МЗ (48)}


94




где 9 = 24500 м³/моль мольный объем воздуха при 290 К и 0,1 МПа.
Действительный расход энергии в воздухоразделительных установках значительно выше теоретического, так как для предварительного сжижения воздуха перед его разделением на составные части и возмещения потерь холода в этих условиях приходится сжимать воздух в компрессоре до значительно более высоких давлений.

2. 
   Ректификация воздуха
   

Для разделения воздуха на макрокомпоненты (азот и кислород) высокой чистоты применяется метод ректификации жидкого воздуха, а сам процесс разделения жидкого воздуха на СЬ и N2 основан на использовании зависимости, существующей между составом жидкости и пара над нею. Жидкие азот и кислород смешиваются во всех отношениях и образуют почти идеальную смесь. Парциальное давление паров азота при 80 - 95 К в 4 - 5 раз выше давления паров кислорода. Таким образом, азот является легколетучим компонентом воздуха, кислород - труднолетучим. То есть при повышении температуры жидкого воздуха в паровую фазу вначале переходит азот, а жидкость будет обогащаться кислородом.
Поскольку температуры кипения азота и кислорода различны (77,35 и 90,18 К соответственно), температура кипения их смеси будет зависеть от содержания в ней азота или кислорода.
На рис. 25 приведены зависимости между равновесным содержанием кислорода в жидкости и паре над нею при различных давлениях.
Так, например, при давлении 0,1 МПа пары над жидким воздухом, содержащим 21 % СЬ, будут содержать только 6,3 % кислорода (точка А). Чтобы содержание кислорода в парах отвечало содержанию его в атмосферном воздухе (21 %) необходимо иметь жидкость, содержащую около 52 % О2 (точка Б). С повышением давления количество кислорода в парах увеличивается. Так, при давлении 0,6 МПа равновесные пары над жидким воздухом будут содержать уже 10 % СЬ (точка В). Таким образом, при повышении давления, при котором происходит процесс испарения жидкой азото-кислородной смеси, различие между составами пара и жидкости уменьшается.
При нагревании жидкого воздуха без отвода паров в первую очередь из него испаряется азот, который имеет более низкую температуру кипения. Наряду с азотом, из жидкого воздуха будет также испаряться и кислород, но в меньшей степени. Поэтому в жидкости всегда будет содержаться больше кислорода, чем в парах, а в парах - больше азота, чем в жидкости. Другими словами, азот, как более летучая часть, в большем количестве переходит в пары, а кислород, как менее летучая, остается преимущественно в жидкости. Такой процесс происходит до тех пор, пока не будет достигнуто равновесное состояние между жидкостью и паром, соответствующее температуре и давлению в данный момент.


95

100