У индустријској производњи гаса, технологија криогеног одвајања ваздуха остаје основни метод за велику-производњу кисеоника високог{1}}размера. Многи људи знају да ова опрема може да претвори ваздух у кисеоник, али мало ко заиста разуме како постиже високу чистоћу. Овај чланак пролази кроз принципе процеса, логику одвајања и кључне контролне тачке иза криогених јединица за одвајање ваздуха. Као техничко предузеће дубоко ангажовано у овој области, Схенгер Гас је акумулирао практично искуство у пројектовању и инжењерингу криогених система за одвајање ваздуха-искуство које вреди поделити.
Основни принцип није "филтрација", већ разлика у тачки кључања
Прво, потребно је разјаснити уобичајену заблуду: криогено одвајање ваздуха се не ослања на физичку филтрацију да би се добио кисеоник. Користи природне разлике у тачкама кључања међу компонентама ваздуха. Под атмосферским притиском кисеоник кључа на -183 степени, азот на -196 степени, а аргон на -186 степени. Хлађењем ваздуха испод -170 степени да би се утечио, а затим коришћењем масе и преноса топлоте између гасне и течне фазе унутар дестилационе колоне, раздвајање компоненти постаје могуће.
Први корак ка кисеонику високе{0}}чистоће је компримовање, претходно-хлађење и пречишћавање ваздуха ради уклањања воде, угљен-диоксида и угљоводоника. Непотпуна обрада у овој фази може лако да замрзне или блокира низводне пролазе и измењиваче топлоте, брзо погоршавајући перформансе дестилације. Стога, поузданост предњег{4}}система за пречишћавање директно одређује да ли коначни производ може стабилно да достигне чистоћу од 99,6% или више.
Координација између доње и горње колоне: језгро одељења дестилације
Типичан систем дестилације са две{0}}колоне, познат и као процес са две{1}}колоне, је структура која се најчешће користи за криогену производњу кисеоника. Доња колона се бави почетним задатком раздвајања. Након што течни ваздух уђе у доњу колону, пара која се диже и течност која се спушта више пута додирују једни друге. Азот се постепено концентрише на врху, док се течност богата кисеоником-акумулира на дну. Ова течност-богата кисеоником обично садржи 38% до 42% кисеоника-далеко од захтева{11} за квалитет производа.
Ова течност{0}}богата кисеоником се затим убацује у средину горње колоне као храна за даљу концентрацију. Горња колона истовремено прима рефлукс течног азота са врха доње колоне, формирајући комплетне секције за исправљање и уклањање. Кисеоник се на крају скупља на дну горње колоне, док азот излази са врха. Уз правилан дизајн опреме и стабилан рад, чистоћа кисеоника на дну горње колоне може да достигне 99,6% до 99,8% или чак више.
Један детаљ који се лако превиди: присуство аргона значајно ограничава побољшање чистоће кисеоника. Аргон чини око 0,93% ваздуха, а његова тачка кључања је тачно између кисеоника и азота. У конвенционалним процесима производње кисеоника без отвора за извлачење-аргона, аргон се акумулира у средини горњег стуба, при чему део улази у кисеоник и смањује његову чистоћу. Стога, да би се стабилно производио кисеоник високе{5}}чистоће изнад 99,8%, обично је потребан помоћна колона аргона или процес рекуперације аргона без потпуне -дестилације водоника-.
Чистоћа производа није одређена једним параметром
Многи корисници постављају слично питање: када се опрема купи, шта заправо гарантује чистоћу кисеоника? Одговор није појединачни индикатор, већ динамичка равнотежа скупа параметара.
- Капацитет хлађења експандера. Недовољно хлађење смањује рефлукс течности у горњој колони, смањујући ефикасност дестилације. Прекомерно хлађење може да прехлађење колоне, такође поремети раздвајање.
- Брзина протока ваздуха и притисак. Велике флуктуације директно утичу на баланс гаса{1}}течности унутар колоне, узрокујући колебање чистоће.
- Подешавање рефлукса течног азота у доњој колони. Ово је једна од најчешћих и најосетљивијих метода контроле. Премало рефлукса смањује садржај кисеоника у течности богатој кисеоником-доње колоне. Превише рефлукса заправо смањује чистоћу кисеоника на дну горње колоне.
- Извуците{0}}у позицију порта и отвор. Ако се брзине повлачења кисеоника, течног кисеоника и отпадног азота не поклапају са унутрашњим профилом састава колоне, постаје тешко одржавати чистоћу.
У инжењерској пракси, оператери добро{0}}корисне јединице за криогену сепарацију ваздуха обично треба само да фино-подесе два или три кључна вентила да би одржали стабилно стање. Али ово претпоставља да је ефикасност тацне или дистрибуција паковања била правилно дизајнирана од самог почетка. У супротном, никакво подешавање неће лако постићи чистоћу дизајна.
Где је јаз између производње кисеоника и стабилне производње кисеоника високе{0}}чистоће
Многе криогене јединице за одвајање ваздуха на тржишту могу да произведу кисеоник око 99,5%, али постизање стабилних перформанси изнад 99,8%-које се одржава месецима без гашења или флуктуације- поставља веће захтеве за неколико мање очигледних области.
- Уједначеност дистрибуције течности унутар колоне. Без обзира да ли користите сита или структурирано паковање, неравномерна дистрибуција гаса{1}}течности доводи до локалних сувих зона или поплава, директно умањујући укупну чистоћу. Ово је посебно критично у великим{3}} јединицама које рукују хиљадама или чак десетинама хиљада нормалних кубних метара на сат.
- Заптивање хладне кутије и контрола таложења перлита. Неуспешно заптивање хладне кутије или сталожени перлит дозвољава влажном спољашњем ваздуху да уђе и замрзне, или изазива локализован губитак хладноће, постепено мењајући унутрашње услове.
- Тачност и време одзива аналитичких инструмената. Ако време одзива онлајн анализатора кисеоника премашује 10 секунди, оператери већ раде са застарелим подацима-прилагођавања ће увек заостајати.
Ове празнине се често не могу у потпуности решити теоријским прорачунима на папиру. Они много више зависе од искуства произвођача у процесу и од-могућности пуштања у рад на локацији. Због тога Схенгер Гас доследно третира дизајн, производњу и пуштање у рад као затворену петљу у извршењу пројекта, уместо да их испоручује као засебне фазе.
Два лако занемарљива детаља у стварном раду
Прво, утицај циклуса-загревања и одмрзавања на опоравак чистоће. Након што је јединица за криогену сепарацију ваздуха радила неко време, канали плочастог-ребарног измењивача топлоте постепено постају блокирани акумулацијом угљен-диоксида или влаге у траговима. Ово се показује као повећање температурне разлике на топлом крају и пораст притиска у доњем колони. Многи тимови журе да рестартују после загревања-, само да би открили да је за опоравак чистоће потребно два или три дана. Исправан приступ је да се прво изгради довољан капацитет хлађења након загревања-, покрене горња колона на конзервативном рефлуксном односу и тек постепено повећава производњу кисеоника и чистоћу када се све тачке мерења температуре стабилизују.
Друго, квалитет амбијенталног ваздуха није бесконачно добар. Јединице за одвајање ваздуха које се налазе у близини хемијских постројења или челичана често садрже трагове амонијака, водоник-сулфида или угљоводоника. Ове нечистоће не утичу само на животни век молекуларног сита-неке компоненте ниског кључања-могу да уђу у колону за дестилацију и концентришу се заједно са кисеоником, што на крају смањује чистоћу кисеоника и чак представља безбедносне ризике. За такве сценарије, снажно се препоручује додавање циљаних адсорпционих слојева узводно од система за пречишћавање.
Производња кисеоника{0}}високе чистоће помоћу опреме за криогено одвајање ваздуха је у суштини прецизно коришћење физичких својстава ваздуха. Од пречишћавања, хлађења и течења до дестилације у две колоне, сваки корак поставља основу за тај коначни ток кисеоника од 99,8%. Разумевањем овога постаје јасно зашто различити произвођачи могу произвести тако различите стварне резултате чистоће из наизглед идентичних шема процеса. Прави јаз ретко је у самом процесу, већ у руковању детаљима који утичу на равнотежу дестилације.
Ако се пројекат бори са нестабилном чистоћом кисеоника или уским грлима у пречишћавању, истраживање кључних контролних тачака о којима се говорило је добро место за почетак. Технички проблеми често не захтевају превише сложена решења. Враћање на основне принципе често даје најдиректније одговоре.
