Unități de separare a aerului (ASU) - instalații pentru separarea aerului în componente și anume: oxigen , azot , argon , neon , xenon , cripton . Compoziția gazoasă a aerului de pe pământ este aceeași, cu excepția dioxidului de carbon, a hidrocarburilor și a amoniacului, a căror concentrație este cu câteva (3 sau mai multe) ordine de mărime mai mică decât conținutul de oxigen și azot.
Unitățile de separare a aerului sunt subdivizate în funcție de presiunea ciclului de separare: P = 15 ÷ 20 MPa - presiune mare, P = 4 ÷ 7 MPa - presiune medie, P = 0,5 ÷ 1,2 MPa - presiune joasă.
Din punct de vedere istoric, au existat mai multe moduri de a separa aerul.
Originalul pentru ASU-urile existente au fost lichefitoarele de aer. Primele lichefiante au fost un sistem de răcire în patru trepte cu mai multe circuite de răcire pe bază de amoniac, alcool boric și unele fracțiuni de gaze naturale (propan, butan, etan).
Prima persoană care a obținut oxigen din aer prin rectificare a fost Carl Linde în 1895. A creat un ciclu criogenic, conform căruia a funcționat unitatea de separare, ulterior a fost numită instalația Linde, iar ciclul de separare a aerului a fost numit ciclu Linde. Acest ciclu a folosit un efect izotermic de sufocare, care a fost creat prin compresia izotermă în compresor și expansiunea ulterioară printr-o supapă de clapetă. Instalația a funcționat pe un ciclu de înaltă presiune P = 10 ÷ 15 MPa, cu o capacitate de V c = 100 (m³ O 2 )/oră și o concentrație x c = 99,5 ÷ 99,7% O 2 . Linde a fost primul care a creat o mașină de refrigerare cu amoniac, pe care l-a inclus ulterior în ciclul de separare a aerului (în 1902).
Instalația de joasă presiune a fost inventată de omul de știință sovietic P. L. Kapitsa în 1939. Instalația a fost proiectată pentru a produce oxigen gazos și a funcționat pe un ciclu de joasă presiune P = 0,6 ÷ 0,7 MPa. Reducerea presiunii a fost realizată prin utilizarea unui turbo expander în ciclu , precum și o creștere cu un ordin de mărime față de ciclul Linde ( de la 3000 m³ de aer la oră și peste) din aerul consumat.
ASU este format din 2 secțiuni. Lichefiere și separare. Secțiunea de lichefiere este concepută pentru a produce aer lichid, sau mai degrabă, flegmă lichidă, în care fracția de masă a oxigenului este puțin mai mare decât cea din aer datorită unui punct de fierbere mai mare, ca urmare, atunci când vaporii se evaporă deasupra flegmei, există mai puține. -componente de fierbere, cum ar fi azotul.
Secțiunea de lichefiere constă dintr-o unitate complexă de tratare și uscare (BKOO), un compresor, un număr de schimbătoare de căldură, un expander, care este un clapete sau un expander și se termină cu un rezervor pentru acumularea de flegmă lichefiată. Cel mai adesea, rezervorul de reflux este partea de jos a coloanei de distilare.
De regulă, sistemul costă de la 2 sau mai multe schimbătoare de căldură. Primul schimbător de căldură funcționează la temperaturi pozitive și este proiectat să răcească aerul comprimat de compresor cu aer ambiental. Schimbătoarele de căldură ulterioare răcesc aerul comprimat prin schimbul de căldură cu produsele de ieșire: oxigen, azot sau reflux.
Secțiunea de separare constă cel mai adesea dintr-o coloană de distilare , un condensator-evaporator și o serie de schimbătoare de căldură azot-oxigen. Numărul de coloane de distilare depinde de ce fel de gaz sau lichid se obține în instalație. Deci, atunci când se primește numai azot gazos, există 1 coloană în instalație. Când se primește oxigen, instalația va conține: coloanele superioare și inferioare și condensatorul evaporatorului între ele. La primirea argonului, instalația va conține 4 coloane: inferior, superior, argon brut, argon pur. Gazele rămase (xenon, cripton, neon) în aer sunt obținute în ASU mari sub formă de amestecuri, din care, în continuare, în echipamente speciale, aceste gaze sunt izolate în formă pură. În timpul funcționării ASU, neonul și heliul se acumulează în condensatorul evaporatorului sub forma unei fracțiuni necondensabile și încep să interfereze cu procesele de condensare a azotului; este prevăzută o supapă de purjare pentru a le îndepărta.
Aerul care a trecut printr-o serie de filtre de filtrare mecanică intră în compresor, unde este comprimat la presiunea ciclului, apoi aerul intră în BKOO, de unde umiditatea, dioxidul de carbon și hidrocarburile sunt îndepărtate din acesta cu ajutorul absorbanților , după în care aerul pătrunde în schimbătoarele de căldură. După ele, intră în coloana de distilare inferioară, unde se distilează în lichid de fund (~ 35% O 2 , 2% Ar, restul este azot) și azot gazos cu o puritate de ~ 99,99%.
Dacă unitatea primește oxigen în plus față de azot, atunci lichidul inferior este furnizat în mijlocul coloanei de distilare superioară, iar azotul lichid în partea de sus a coloanei de distilare superioară. Azotul gazos este preluat din partea superioară a coloanei de distilare superioară, iar oxigenul lichid este colectat în partea de jos. Oxigenul lichid intră în condensator-evaporator, care realizează schimbul de căldură cu azotul gazos al coloanei inferioare de distilare. De-a lungul timpului, neonul și heliul se acumulează în condensatorul evaporatorului, ceea ce prevede instalarea unei supape pentru a evacua aceste gaze.
Există trei metode de separare a aerului: adsorbție, membrană și criogenică. De aici si tipurile de instalatii: de adsorbtie, membranara si criogena.
subdivizat [1] :
Există mici ASP-uri în care o mașină criogenică cu gaz care funcționează pe ciclul Stirling invers este folosită ca parte de lichefiere . Gazul de lucru într-o astfel de mașină este în cele mai multe cazuri heliu.
Decodificarea titlului: [1]
După liniuța din numele ASP, capacitatea acestuia pentru primul produs este indicată în mii m³ / h sau mii kg / h dacă vorbim de produse lichide.
Exemplu: unitatea AzhKzh-0,6 primește azot lichid în cantitate de 0,6 mii kg/h, precum și oxigen lichid. Unitatea KA-5 produce oxigen gazos în cantitate de 5.000 m³/h, precum și azot gazos.