Гельперин И.И, Зеликсон Г.М., Рапопорт Л.Л. Справочник по разделению газовых смесей методом глубокого охлаждения

Подождите немного. Документ загружается.

ПОЛУЧЕНИЕ КИСЛОРОДА И АЗОТА ИЗ ВОЗДУХА

255

Рис. 295, Схема разделительного аппарата установки для получения жидкого

и газообразного кислорода:

7—нижняя разделительная колонна; 2—змеевик куба колэниы; 3—верхняя раз-

делительная колонна; 4—конденсатор; 5—подача жидкого воздуха; б —карманы

для жидкого азота; 7—ввод жидкого азота; ввод жидкости из куба нижней

колонны; Р—выход газообразного кислорода; 70—теплообменник.

Зозду!

НаслорпД

Ж1/13И1/1'/

Рис. 206. Схема установки 540 для получения жидкою и газообразного кислорода:

—пусковые осушители; 2 —теплообменник теплой нетви; 3 —отделитель воды и масла; 4 —переключающиеся теплообменники холодной ветви;

5—основной теплообменник; 6 —испаритель; 7—нижняя разделительная колонна; 8 —конденсатор; Р—верхняя разделительная колонна; /О—буфер;

7/ —поршневой детандер; /2—фильтры;

УЛ

—подо! реватель азота; —подогреватель воздуха.

ПОЛУЧЕНИЕ КИСЛОРОДА И АЗОТА ИЗ ВОЗДУХА

257

По мере забивки теплообменника, вследствие вымораживания воды, тепло-

обменники переключаются. Отогрев теплообменника 4 производится греющим

• азотом с помощью подогревателя 13.

После охлаждения в теплообменнике 4 воздух высокого давления разде-

ляется на два потока. Один поток поступает в детандер II, где расширяется

до 5—6 ати, охлаждаясь при этом до минус 155—165° С.

Перед поступлением в поршневой детандер 11 воздух проходит буфер 10.

После детандера воздух очищается от масла в фильтре VI, проходит по змее-

вику испарителя 6, где охлаждается до —170° С, и поступает в куб колонны

над слоем жидкости. Другой поток поступает в основной теплообменник где

охлаждается обратными газами, затем охлаждается в змеевике испарителя 6 и,

дросселированный до 5—6 ата, поступает в нижнюю колонну 7.

Верхняя колонна Р работает под давлением 1,3—1,4 ата. Отводимый 97%-иый

азот отдает свой холод в теплообменниках 5, 4 и 2.

Установка предназначена главным образом для получения жидкого 99,7"/(,-ного

кислорода, который отводится из конденсатора. Установка может быть исполь-

зована и для получения газообразного кислорода. В этом случае рабочее давле-

ние держится на уровне 35—40 ати. Газообразный 99,7%-ный кислород отводится

из конденсатора 8 и отдает свой холод в тех же теплообменниках 5, 4 и 2.

Средняя фактическая производительность этих установок составляет

420—480 кг жидкого кислорода в час. Расход электроэнергии составляет 1,1—1,4

квт-ч на 1 кг жидкого кислорода.

Таблица 124

Формулы для определення материальных потоков в установках

для разделения воздуха

(V — полный объем разделяемого воздуха, л'; К—объем полученного

кислорода, м^; А — объем полученного азота, м^]

— объем грязного кислорода,

отбираемого из середины верхней колонны, м^; а — содержание чистого кисло-

рода в полученном кислороде, %;

— содержание кислорода в полученном

азоте, с — содержание кислорода в грязном кислороде, %)

в установках

Показатели

без отбора

гразного кислорода

с отбором грязного кислорода

Объем получаемого ки-

слорода из воздуха

Объем получаемого азо-

та из V м^ воздуха

Объем воздуха, необхо-

димый для получения

К м^ кислорода

Объем воздуха, необхо-

димый для получения

А м^ азота

Состав кислорода, %

Состав азота, %

А =

20,9 — 6

а —

а — 20,9

1/ = А'

а —

а—Ь

У = А

20,9 - Ь

а —

6 =

а —20,9

V-20,9 —АЬ

•

20,9 — Ка

К =

А =

V (20,9 —

Ь)

— Ц(с — Ь)

а—Ь

—20,9) ——с)

а —

к {а -ь)-\-и{с-

Ь)

- 20,9—6

А(а

-с)

а =

20,9 — {АЬ -Ь Цс)

1/-20,9 —(А-й + ^/с)

17 Зак. 4059. Справочт1к.

8,в

7.е

7.4

У.0

8.6 8.6

5.3

8.4

5.0

4.6

4,г

зм

3,4

1 ЛУ п

98^

96:

Я2Ж

/ /

0)23455789 ЮЛ

Со(/ержамие яислора^а 3 азоте,

Рис. 20?, Расход воздуха на получение 1 л" кислорода.

"О

68 76 84 92

'Чистота /и/сморода,

Рис. 208. Расход воздуха на получение 1 л" азота.

ПОЛУЧЕНИЕ КИСЛОРОДА И АЗОТА ИЗ ВОЗДУХА

259

Степени

сжатия

Р^/Ц

20 40 00 80 ЮО /20 140 Ш Ш 200

1 23456789 ЮП

Степвмг, сжатия

Р^//^

Рис. 209. Расход энергии на сжатие 100 м' воздуха при 16° С

и 735,6 мм рт. ст. (адиабатический к. п. д. равен 0,72).

Таблица 123

Суммарные потери холода

О'з

+ О'з в установках по разделению

воздуха

(^2 — потери' холода вследствие неполноты теплообмена (недорекуперации)

при разности температур 5° С; ^з—потери холода в окружающую среду)

Производительность установок

м^1час

Суммарные потери холода

Производительность установок

м^1час

ккащкг

<2000

2,75

3,56

<5 000—10 000

2,28—2,44

2,96—3,16

>10000

1,97-2,28

2,55—2,96

17*

'260

IV. СХЕМЫ ПРОМЫШЛЕННЫХ УСТАНОВОК

-30 -41? -Л? -20 -/О

20 30

"Ъ

-50 -40 -30 -20 -Ю О Ю 20 00 40

Температура,

°С

Рис. 210. Содержание и давление водяных паров в воздухе.

Давления в колонне двухкратной ректификации

0.004

Таблица 126

Разность

Давление, ата

температур

в конденсаторе

верхняя колоина

®с

1,1

1,2

1 1.3

1,4

1 1,5

1 1,6

1,8

1 2,0

НИЖНЯЯ

колоина

3,6

3,9 4,2

4,5

4,75

5,05 5,35

5,9

6,35

3.9

4,25

4,55 4,85

5,15 5,5 5,8

6,35

6,8

4,25 4,6

4,9

5,25

5,6

6.25

6,8

7,4

4,6

5,35 5,7

6 6,4

6,7

7,35

8,0

5,45

5,8

6,1

6,5

6,8

7,15

7,85

8,45

ПОЛУЧЕНИЕ КРИПТОНА из ВОЗДУХА • 261

ПОЛУЧЕНИЕ КРИПТОНА ИЗ ВОЗДУХА

Установка для получения 0,1° „-ного криптона

(рис. 211)

Эта схема в основном соответствует схеме рис. 193 со следующими до-

полнениями и изменениями:

1. Добавлена аппаратура (10—Ы) для получения кислородо-криптоновой

смеси с содержанием 0,^10 криптона.

2. Отсутствует второй теплообменник (теплая ветвь) 3.

3. Применено охлаждение воздуха высокого давления в теплой ветви 3

загрязненным азотом.

4. Введен переохладитель 5 для кислородной жидкости.

Установка для получения 75—800/о-ного криптона

(рис. 212)

Процесс получения криптона в установках для разделения воздуха про-

ходит три стадии: 1) обогащение кислорода криптоном, 2) выделение углево-

дородов, 3) получение сырого криптона.

Обогащение кислорода криптоном. Криптон, содержащийся в воздухе,

после разделения последнего остается в смеси с кислородом. Для его выделе-

ния кислородо-криптоновая смесь подвергается разделению в колонне

в которой концентрация криптона в кислороде повышается до 0,10/о. Дости-

гается это следующим образом: газообразный кислород отбирается из отдели-

теля ацетилена 3 и подается на шестнадцатую тарелку колонны б. Необходи-

мая для разделения флегма образуется путем частичной конденсации подни-

мающихся в колонне 5 паров. Источником холода является воздух высокого

давления. При наличии поршневого детандера 23 ВОЗДУХ ВЫСОКОГО давления,

предварительно охлажденный аммиаком до минус 35—40° С, поступает в детан-

дерный теплообменник 4, где температура воздуха понижается до —125° С.

Охлажденный воздух высокого давления дросселируется в испаритель 5 и затем

окончательно в дефлегматор колонны & до давления 0,3—0,4 ати, равного дав-

лению в верхней части ректификационной колонны 1.

При отсутствии детандера воздух высокого давления, охлажденный до

—125° С, отбирается после холодной ветви основного разделительного аппа-

рата; в этом случае необходимость в теплообменнике 4 отпадает.

Концентрированная фракция кислорода из колонны 6 отводится в жидком

состоянии и пропускается через испаритель 5, в котором частично испаряется,

несколько обогащая при этом концентрат криптоном. Неиспарившаяся часть

жидкости отделяется в сепараторе 7 и является конечным продуктом первого

разделения. Пары направляются снова в колонну 6. Жидкость из сепара-

тора 7 испаряется в скоростном испарителе 8, и пары ее собираются в газ-

гольдере 22.

Выделение углеводородов. При обогащении криптона одновременно

•повышается в кислороде как содержание криптона, так и содержание углево-

дородов (ацетилена, метана и др.).

Чтобы избежать образования взрывоопасных смесей, необходимо выделить

эти углеводороды из криптонсодержащего кислорода. Это производится сжи-^

ганием их на катализаторе (окиси меди) в контактных печах 10 и 13. Угле-

кислота, образующаяся при сжигании углеводородов, отмывается едким нат-

ром в скрубберах 11, а влага удаляется едким кали в осушителях 12 и 14.

Общее содержание углеводородов в жидком кислороде после колонны 6

составляет в среднем 500—1000 мг углерода на 5 л жидкого кислорода. Сжи-

гание углеводородов производится в две стадии под давлением 4 ати, которое

создается компрессором 21. После первой стадии содержание углеводородов

Воз&ух(гООата)

ата]

Рис. 211. Схема установки для получения 0,1°/о-ного криптона:

/ —ааотные регенераторы; 2—кислородные регенераторы; 3—теплообменник воздуха высокого давления (теплая ветвь); теплообменник вгз-

духа Высокого давления (холодная ветвь); 5—переохладитель кислородной жидкости; б—разделительная колонна; 7—дополнительный конден-

сатор; в—фильтры; 9—отделитель ацетилена; /О—криптоновая колонна; //—теплообменник; /2 —испаритель; /3—сепаратор; /<—скоростной

испаритель; /5—переключательный механизм; /6—отделитель воды; /7 —турбодетандер; /», 20—отделители масла и воды; /9—аммиачные хо-

лодильники; 2/—предварительный теплообменник воздуха высокого давления.

Миетрод

Ант

>/г регенераторам

Вррдух

(4.5 ати)

Впзд(/х

23.

Мисмро^

в газгольдер

Нислврпд,свободныи

от

Азот

мрс1птош,в яа.иолоА:р (Ш'^'^Ооти)

>И1л7м111}

а.'мт

Мосмдрод*

0./%

нриптта

(.4оти})

Рис. 212. Схема установки для получения

75 —

80''|о-ного криптона:

—

ректификационная колонна; 2—дополнительный конденсатор; 5—отделитель ацетилена; детаидерный теплообменник; 5—испаритель;

б —криптоновая колонна; 7

—

сепаратор: скоростной испаритель; 9

—

теплообменник; 10, 13,

18 —

контактные печи; 11

—

щелочные скруб-

беры; 12 и /^—осушители; /5—кислородный теплообменник; /6 —азотный теплообменник; —разделительная колоина; /9 —сборники;

копд1'11сационный сосуд; 2/—компрессор для концентрата; 22 —газгольдер для концентрата; 25_поршневон детандер для воздуха вы-

сокого давления.

'264 IV. СХЕМЫ ПРОМЫШЛЕННЫХ УСТАНОВОК

снижается до 20—30 мг, а после второй стадии — до 5 мг углерода на 5 л

жидкости.

Получение сырого криптона. Дальнейшее увеличение концентрации

криптона в кислороде производится в разделительной колонне 17 под давле-

нием 1,5 ати. Пройдя осушитель 14, крнптоно-кислородная смесь поступает

в теплообменник 15, в котором охлаждается обедненным кислородом, и затем

направляется на разделение в колонну 17. Избыток смеси может быть на-

правлен через теплообменник 9 снова в колонну 6. Флегмой в колонне 17

является жидкий кислород.

Криптоно-кислородная смесь, собирающаяся в кубе колонны 17, испаряется

азотом высокого давления, предварительно охлажденным в теплообменнике 16

отходящим азотом. По выходе из куба азот высокого давления дросселируется

до 6 ати (при этом большая часть его сжижается) и направляется в конден-

сатор колонны 17, где он испаряется, одновременно конденсируя часть подни-

мающихся паров кислорода.

Когда в кубе колонны достигается заданная концентрация криптона

(75—80%), смесь криптона с кислородом выпускается, испаряется и, после

повторного сжигания в контактных печах 18 сконцентрированных углеводоро-

дов, собирается в сборнике 19. Из сборника смесь подается в конденсацион-

ный сосуд 20 и, охлажденная жидким азотом, поступает в баллоны.

Установка для получения 92—93%-ного криптона

(рис. 213)

Воздух, сжатый турбовоздуходувкой 1 до 1,7—1,8 атм, проходит орошае-

мый водой скруббер 2 и переключающиеся регенераторы 3, охлаждается

до —180° С и поступает в промывную колонну 4, где освобождается от крип-

тона и ксенона. Из колонны часть воздуха поступает в турбодетандер 5, где

расширяется до давления 1,1 атм, понижая температуру до —188° С. Газ из

турбодетандера направляется в регенераторы, где он используется в качестве

холодильного агента.

Концентрат, содержащий 2,2-10-5 объемных частей криптона, проходит

попеременно углекислотные фильтры 7, поступает в разделительную колонну 9,

откуда жидкость, обогащенная криптоном, сливается в испаритель-конденса-

тор 13. Из испарителя 13 концентрат, содержащий 0,1% криптона, периодиче-

ски выводится, подвергаясь газификации и переработке.

Для получения флегмы имеются два компрессора. Воздух, сжатый ком-

прессором 20 до 4 атм, проходит через регенераторы 10 и направляется

в промывную колонну 11.

Воздух, освобожденный от криптона, из колонны И частично поступает

в испаритель-конденсатор 13 и затем в ожижитель 8, а частично в конденса-

тор 6, где сжижается, после чего используется в качестве флегмы в промыв-

ных колоннах 4 п 11 п ъ разделительной колонне 9.

Жидкость обеих промывных колонн соединяется и направляется в колонну 9

для дальнейшего обогащения.

Часть воздуха из компрессора 20 сжимается в компрессоре 16 до 180 —

200 ат^м, пройдя предварительно щелочной скруббер 14 и осушитель 15,

охлаждается в аммиачном холодильнике 17 с помощью аммиачной холодильной

установки 18 до —30° С. Выходящий из холодильника 17 воздух разделяется

на два потока: одни направляется в поршневой детандер 19, а другой — в теп-

лообменник 12 для частичного ожижения.

Концентрат, сжатый компрессором 21 до 4—5 атм, проходит печь 22

(для удаления углеводородов), декарбонизатор 23 и осушитель 24, теплообмен-

ник 25 и поступает в разделительную колонну 26, откуда периодически (через

2—3 суток) выводится 40—50''/о-ный криптоновый концентрат. Полученный кон-

центрат проходит печь 30 (для удаления углеводородов), осушитель 3/ и раз-

делительную колонну 32, где получается концентрат, содержащий 92—ЭЗ^/о

криптона.