Химическая технология, ч. 1. - Гончаров А.И
Скачать (прямая ссылка):
f/
і
і і
O Ю 20 ЗО 40 50 60 70 BO 90 100 . , Вміст 'кисню, мол %
Рис. 110. Рівноважна крива кипіння азотокисневнх сумішей під тиском 9,8х X 104Па.
Рис. 111. Двокмонний ректифікаційний апарат для розділення повітря.
такого типу практично можна розділити перегонкою. Щоб простежити за ходом процесу випаровування рідкого повітря при атмосферному тиску, розглянемо діаграму, наведену на рис. 110. Початко№й~етан-4жстеми jШJнa^шeтъэд_тoJда2ю_J_вa нижній кривій, яка відповідає вмісту 20,9 мол.% O2 (X1) і температурі кипіння повітря при атмосферному тиску (^1). Надамо системі таку малу кількість тепла, при якій хоч частина рідини випариться. Склад можна вважати сталим. Тоді в рівновазі з рідким повітрям перебуватиме пара, склад якої визначиться перетином ізотерми з верхньою кривою (точка 2). Ця точка відповідає вмісту в парі 6,3 мол.% O2. Оскільки до пари переходить переважно низькокипляча рідина. (N2), то рідина збагачується менш летким O2 і температура кипіння суміші підвищується. Точка 3 на діаграмі відповідає складу газоподібного повітря, що утворюється при випаровуванні всієї рідини. Щоб визначити склад рідини, яка перебуває в рівновазі з газоподібним повітрям у кінці випарювання, тобто у складі першої краплини сконденсованого повітря, треба провести горизонтальну лінію з точки 3 до перетину з нижньою кривою; точка перетину 4 відповідає вмісту в рідині 51,5 моль.% O2. Фракційною перегонкою можна розділити рідке повітря на кілька фракцій, в яких поступово вміст O2 зб^льщуватиметьсяг" ~"~3~ діаграми видно.тщгу р1вновМГі~рідким повітрям перебуває газ, в якому міститься приблизно 7% O2. Для того щоб добути N2 з меншим вмістом O2, треба зрошувати колону рідиною з більш високим вмістом N2. Це досягається в двоколонних ректифікаційних апаратах, схему одного з яких наведено на рис. 111. Такий апарат складається з нижньої розділювальної колони 1, яка працює під надлишковим тиском 6 - 105 Па, і верхньої розділювальної колони 2, яка працює під атмосферним тиском. Верхня і нижня розділювальні колони з'єднуються конденсатором 5, який для верхньої колони є випарником.
Повітря, стиснене до (50—100) 105 Па і охолоджене в протитечій-ному теплообміннику (на рис. 111 не показано), проходить через змійовик 3, занурений у рідке повітря, що зібралося на дні колони 1, і викликає випаровування рідкого, збагаченого O2 повітря, яке збігає з тарілок колони 1. Після змійовика повітря високого тиску проходить через дросельний вентиль 4, де тиск знижується до 6 • 105 Па. Зріджене повітря надходить у нижню колону, в якій при перетіканні повітря з тарілки на тарілку з рідини випаровується N2, що піднімається вгору колони 2 і збирається в карманах 6. На дно колони збігає рідке повітря, збагачене O2 до ЗО—40%.
Для повнішого розділення N2 і O2 враховують, що при температурі кипіння O2 під атмосферним тиском —183° C азот може кипіти тільки при тиску 3,6 • 105 Па. Отже, якщо в нижній колоні підтримується тиск, більший за 3,6 • 105 Па,, збагачена N2 пара конденсується в конденсаторі-випарнику 5 завдяктг охолодженню рідким O2, який тут випаровується. Рідкий O2 збігає з верхньої колони 2 у міжтрубний простір конденсатора 5.
Частина рідкого N2 збирається у карманах 6, інша частина його, збігаючи з тарілки на тарілку в нижній колоні 1, поступово збагачується O2, з кип'ятильника через дросельний вентиль 7 подається на
середні тарілки верхньої колони 2, а рідкий N2 з карманів 6 через дросельний вентиль 8 надходить у верхню частину колони 2, звідки збігає вниз назустріч парі O2.
У міжтрубному просторі конденсатора 5 O2 випаровується від тепла конденсації пари N2, яка має вищу температуру (приблизно на 3° С). Пару чистого N2 відводять з верхньої частини колони 2, а чистий газоподібний O2 відбирають з верхньої частини конденсатора.
Чистота добутих N2 і O2 залежить від точного додержання режиму роботи ректифікаційної колони.
(Для безаварійної роботи ректифікаційної колони в ній не повинен накопичуватись ацетилен, незначні кількості якого завжди є в повітрі промислових районів. Для видалення ацетилену збагачену O2 рідину з нижньої колони, перед подачею її в верхню колону, пропускають через ацетиленовий адсорбер, заповнений твердим поглиначем — активованим силікагелем. Після цього її пропускають ще через керамічні фільтри, щоб очистити від частинок твердого CO2.
-§-4. ВИРОБНИЧІ УСТАНОВКИ ДЛЯ ДОБУВАННЯ АЗОТУ І КИСНЮ
Для добування N2 і O2 розділенням повітря в промисловості застосовують переважно установки з дроселюванням стисненого повітря (за один або два цикли) і з попереднім аміачним охолодженням. Застосовуються також установки високого і низького тиску з регенераторами і турбодетандерами.
Для виробництва N2 і O2 використовується сухе повітря такого складу (об.%): N2- 78,03; O2 — 20,99; Ar — 0,933; CO2 — 0,03; H2—0,01; водяної парн 0,02—2; пилу кілька міліграмів на 1 м3, Ne 1,06 • ID-3, Не 4,6 • 1O-4, Kr 1,1 • 10~4, Xe 8 • 10~6 і Rn 6 X X 1O-18. Хоча повітря беруть за кілометр від місця його переробки і по можливості в лісових місцевостях, його треба добре очищати від пилу і CO2 і висушувати.
