Инертные газы - Фастовский В.Г.
Скачать (прямая ссылка):
Активированный уголь охлаждается жидким азотом из сосуда Дьюара через вентиль 10. Для понижения температуры пары азота откачиваются через кран //. Уровень жидкого азота измеряется указателем 12, а давление над азотом — вакуумметром 13 или манометром 14. Азот, испаряющийся при наливе, выводится через кран 15. В результате выполненных операций в адсорбере устанавливается глубокий вакуум. Перед подачей перерабатываемой смеси адсорбер заполняется гелием через кран 19; при отсутствии гелия адсорбер можно заполнить исходной смесью.
Неоно-гелиевая смесь подается в адсорбер из баллона 1& через редуктор 17, реометр 18 и кран 19. Непоглощенный газ выводится из адсорбера через кран 6* и направляется в газгольдер. Состав отходящего газа контролируется с помощью двух разрядных трубок — контрольной 20 и эталонной 21, напряжение на которые подается от высокочастотного генератора 22. Эталонная трубка 21 через краны 23 и 24 заполняется чистым гелием в первые минуты работы аппарата; затем краны 23 и 24 закрываются. Через контрольную трубку 20 непрерывно проходит газ. Сопоставляя характер свечения газа в обеих трубках,, можно установить момент проскока неона.
После проскока неона подача смеси прекращается и начинается вторая фаза рабочего цикла — фракционированная десорбция. С этой целью закрывается кран // и открывается* кран 15, в результате чего над жидким азотом устанавливается атмосферное давление. Для ускорения десорбции через кран 15 под небольшим избыточным давлением подается воздух, который выдавливает жидкий азот через вентиль 10. По реометру 25 следят за скоростью десорбции газа, состав которого периодически определяется анализом проб, отбираемых через; кран 26.
Ш
Чистота неона может быть оценена по характеру свечения газа в контрольной трубке 20. Если в исходной смеси был .азот, то трубка 20 позволяет довольно точно установить момент начала десорбции азота.
По окончании десорбции неона уголь отогревается, откачивается, и рабочий цикл установки повторяется в указанном порядке.
Работа описанной установки характеризуется следующими данными, полученными при ее испытании без предварительного заполнения адсорбера чистым гелием и с термической десорбцией при постепенно повышающейся температуре. Исходная смесь содержала 78% N6 и 22% Не. На заполнение адсорбера израсходовано 137 л смеси. При последующей динамической адсорбции смесь подавалась со скоростью 6 л/мин, причем до проскока неона было подано 177 л газа; таким образом, общее количество переработанной смеси составило 314 л. Собрано чистого гелия 66 л, а общий объем десорбированного газа 248 л; его средний состав 94,7% №.
При десорбции было отобрано несколько фракций, объем и состав которых указаны в табл. 3.8; степень извлечения чистого неона составила 0,776. Давление над жидким азотом при насыщении адсорбента поддерживалось на уровне ПО мм рт. ст.
Таблица 3.8
Состав фракций, отобранных при десорбции
Номер фракции Объем фракции, Л Содержание N6 во фракции, об. % Объем компонентов во фракции, л Примечание
Не
1 '2 3 4 5 6 12,8 12,2 13,0 12,5 13,4 184,1 59,5 69,8 80,5 90,4 97,0 100,0 7,62 8,51 10,46 11,3 13,0 184,1 ¦ 5,18 3,69 2,54 1,2 0,4 0,00 Фракции промежуточного состава Продукционный №
Для сравнения были проведены испытания этой же установки при десорбции газа в изотермических условиях при предельно низкой температуре с откачкой адсорбированной фазы вакуум-насосом. Перерабатывалась смесь того же состава. До момента проскока неона через адсорбер пропущено 308,7 л газа со скоростью 6 л/мин. Общий объем десорбированного газа 250,2 л; среднее содержание неона в этом газе 95%. Давление над жидким азотом также составляло ПО мм'рт. ст. Степень извлечения чистого неона 0,83.
Оба метода десорбции дают близкие результаты: степень извлечения чистого неона достигает 0,75—0,80, объем промежуточных фракций не превышает 20—21% объема перерабаты-
175
ваемей смеси, а средний состав этих фракций 80% Ne, что позволяет направить их на повторную переработку.
Опыт эксплуатации такой установки показывает, что расход активированного угля достигает 10 кг на 1 м3 перерабатываемой чистой неоно-гелиевой смеси. Поэтому при переработке больших количеств смеси аппараты будут громоздкими, а периодичность их действия создаст эксплуатационные неудобства.
Так, применительно к получению чистого неона на воздухо-разделительной установке типа КтК-35 (БР-2) количество неоно-гелиевой смеси, подлежащей разделению, составит около 45 м? в сутки (см. табл. 3.6). Для этого ежесуточно нужно вводить в действие 450 кг активированного угля, а так как около 25% газа возвращается для повторной переработки, расход угля следует увеличить до 700 кг в сутки. Для удобства эксплуата-тии длительность работы адсорберов между переключениями должна быть не менее 8 ч, так как после насыщения угля необходимо произвести десорбцию и подготовить адсорбер к новому циклу. Размещение в одном аппарате более 100 кг угля затруднительно, так как возникают осложнения с его охлаждением и регенерацией. Поэтому для адсорбции неона из поступающей смеси потребуется параллельное включение трех адсорберов, каждый из которых должен содержать 100 кг угля; другие три адсорбера будут работать в это время в режиме десорбции неона и регенерации угля. Таким образом, общее число адсорберов достигнет шести, что сделает установку громоздкой, а обслуживание ее сложным. Необходимость откачки паров азота создает дополнительные трудности: для этой цели потребуются довольно мощные вакуум-насосы и разветвленная система трубопроводов; существенным станет и расход жидкого азота.
