Молекулярная

различных давлениях


Жидкий воздух, в котором содержится 79,1 % азота, при 0,1 МПа и 78,5 К находится в равновесии с парами, содержащими 92,7 %N2. Такой состав будут иметь первые порции газа, выделяющегося при испарении жидкого воздуха.
С повышением давления разность между содержаниями азота в жидкости и паре уменьшается. Отсюда следует, что процесс разделения воздуха наиболее выгодно вести при возможно более низком давлении.
Процесс ректификации жидкого воздуха заключается в последовательном испарении жидкости и конденсации ее паров с помощью стекающей сверху жидкости (флегмы).


97




Испарение и конденсация - обратимые процессы. При испарении 1 кг жидкости затрачивается теплота, называемая скрытой теплотой испарения.
При конденсации I кг полученного пара, при условии отсутствия теплопотерь в окружающую среду, это тепло вновь выделяется в виде скрытой теплоты конденсации.
Если пропустить кислород через слой жидкости, состоящей из смеси азота и кислорода, то кислород сконденсируется. Это произойдет потому, что жидкая смесь имеет более низкую температуру, чем температура сжижения паров кислорода, так как в смеси имеется еще и жидкий азот. При конденсации кислорода выделяется скрытая теплота конденсации. Так как скрытая теплота конденсации кислорода и скрытая теплота испарения азота примерно одинаковые, то из жидкости испарится количество азота, примерно равное количеству сконденсировавшегося кислорода.
Описанное явление конденсации кислорода в кислородо-азотной жидкости с одновременным испарением из нее преимущественно азота используется в процессе ректификации.
Сущность процесса ректификации воздуха и состоит в том, что образующуюся при испарении жидкого воздуха парообразную смесь из азота и кислорода пропускают через жидкость с меньшим содержанием кислорода. Поскольку эта жидкость содержит больше азота, она имеет более низкую температуру, чем проходящий через нее пар. Это вызывает конденсацию кислорода из пара, обогащение кислородом жидкости и испарение из нее азота, т.е. обогащение азотом паров над жидкостью.
Рассматриваемый процесс испарения жидкости и конденсации пара проводится путем непосредственного соприкосновения пара и жидкости. Он повторяется много раз, пока не получится газ, состоящий почти из одного азота, и жидкость, содержащая почти чистый кислород.

3. 
   Технологические принципы создания криогенных ВРУ
   

1. 
   Основные тенденции развития ВРУ и их классификация
   

В последние годы усилие разработчиков ВРУ направлены на снижение энергетических и материальных затрат на производство продуктов разделения воздуха и оборудования и повышение надежности оборудования. Особое внимание уделяется автоматизации процессов управления и использованию компьютерной техники, оптимизации технологических схем и производственных процессов, созданию более эффективных и надежных компрессоров и детандеров, тепло-массообменных аппаратов, вспомогательного оборудования и т.д.
Именно решению этих задач посвящены последние разработки отечественных и зарубежных фирм, выпускающих ВРУ: «Криогенмаш» (Россия), «Эр ликид» (Франция), «Линде» (США, ФРГ), «Эр продактс» (США, Англия), «Юнион Карбайт» и «Петрокарбон» (Англия), «Мессер Гризхейм» (Германия), «Кобе Стил» (Япония), «Ривойра» (Италия).


98




Все шире внедряется транспортирование (в том числе и по трубопроводам), хранение и резервирование продуктов разделения воздуха в жидком виде. Увеличивается выпуск комбинированных ВРУ с производством как газообразных, так и жидких продуктов.
Особый интерес представляют небольшие транспортабельные ВРУ, имеющие собственные источники энергоснабжения: автомобильные, бортовые, судовые и т.д.
В связи с возрастающим потреблением кислорода и азота представляются перспективными промышленные методы разделения воздуха без использования криогенных температур — адсорбционный и мембранный процессы.
Большие изменения произошли в практике расчета и проектирования ВРУ. Создание информационных систем, разработка математических моделей отдельных процессов и аппаратов, внедрение методов автоматизированного проектирования и др., позволили существенно сократить сроки и повысить качество проектирования.
Перспективность использования продуктов разделения воздуха практически во всех областях науки и техники явилась решающим фактором в создании большой номенклатуры ВРУ различного назначения и производительности применительно к постоянно возрастающим потребностям экономики.
В зависимости от назначения воздухоразделительные установки условно подразделяются на азотные и кислородные. Установки, предназначенные для получения азота высокой чистоты, производят в качестве побочного продукта технологический, а также технический кислород. Кислородные установки обычно не производят чистый азот, но в случае необходимости его получают на этих установках в ограниченных количествах. На крупных азотных или кислородных установках из воздуха выделяют также концентраты инертных газов.
Современные ВРУ можно классифицировать по следующим признакам (рис. 27):

1. 
   по составу продуктов разделения:
   

. кислородные;
. азотные;
. кислородно-азотные;
. для комплексного разделения воздуха с получением кислорода, азота, аргона, криптоноксеноновой смеси и неоногелиевого концентрата.

2. 
   по производительности м³ (N2 или Оз)/ч при нормальных условиях, т.е. при Т₀ - 273 К, Р₀ = 101325 кПа:
   

. малой (V_K = 30 300);
. средней (У_к - 300 + 3000);
. высокой (V_K > 3000).
з. по давлению криогенного цикла (МПа):
. высокого (15-5- 20);


99

среднего (4 ^ 7); низкого (0,5 1,2).

а по агрегатному состоянию продуктов разделения:
. для получения газообразных продуктов;
• для получения жидких продуктов;
. для одновременного получения газообразных и жидких продуктов.