Энергетическое обеспечение производства
Методическое пособие - Физика
Другие методички по предмету Физика
при Ратм, КобъемнаяКислород20,94690,18Азот78,08477,36Аргон0,93487,27Неон1,818 * 10-327,09Гелий5,239 * 10-44,21Криптон1,14 * 10-4119,80Ксенон0,86 * 10-5165,05Двуокись углерода3,3 * 10-2216,4
Содержание редких газов в воздухе мало. Однако в настоящее время их широко применяют в разных отраслях народного хозяйства. Поэтому при получении кислорода и азота их попутно извлекают, очищают от примесей и используют по назначению.
Атмосферный воздух содержит ряд примесей вредных для процесса глубокого охлаждения: механические частицы (пыль, сажа и др.), пары воды, двуокись углерода, углеводороды, окислы азота и др. От этих примесей воздух очищают в специальных устройствах перед подачей его в воздухоразделительный аппарат.
Азот и кислород могут смешиваться друг с другом в любых отношениях. Точка кипения жидкости, состоящей из смеси азота и кислорода, меняются в зависимости от содержания в ней кислорода и азота.
Давление и состав насыщенного пара, находящегося в равновесии с N2-О2 жидкостью, зависит от состава жидкости и температуры. Содержание кислорода в газовой фазе всегда значительно ниже содержания его в жидкости, так как кислород и азот при одинаковой температуре имеют различные давления насыщенного пара. При одинаковой температуре давление насыщенных паров азота в несколько раз выше давления насыщенных паров кислорода. Это приводит к тому, что азот как более летучая часть жидкости переходит в пар в большем количестве, чем кислород, который остается преимущественно в жидкости.
Промышленное значение для разделения воздуха на его составляющие имеет метод низкотемпературной ректификации, основанный на различии составов находящихся в равновесии жидких и паровых смесей. Если процесс смещения газов протекает без воздействия на него внешних сил, то обратный процесс сам совершаться не может и требует затраты энергии.
Ректификация воздуха - это многократно повторяющийся процесс конденсации менее летучего компонента (кислорода) и испарения более летучего компонента (азота) в слоях жидкой смеси азота и кислорода, находящейся на тарелках ректификационной колонны.
5.2.1 Ректификация воздуха
Ректификацию осуществляют в специальных аппаратах - ректификационных колоннах. Процесс ректификации основан на явлении конденсации кислорода, процесс обратный испарению, в азотно-кислородной жидкости с одновременным испарением из нее азота. Образующиеся при испарении жидкого воздуха парообразную смесь азота и кислорода пропускают через жидкость с меньшим содержанием кислорода.
Так как жидкость имеет температуру более низкую, чем проходящий через нее пар, то в ней конденсируется кислород и обогащает жидкость, а азот испаряется из жидкости, обогащая пар. Этот процесс происходит при соприкосновении пара с жидкостью, многократно повторяется до тех пор, пока не получится пар, состоящий почти из одного азота, а жидкость из кислорода.
Ректификационная колонна представляет собой цилиндрическую обечайку с расположенными внутри нее параллельно друг другу на определенном расстоянии тарелками могут иметь различную конструкцию.
Сжатый и предварительно охлажденный воздух проходит через змеевик, погруженный в сосуд (куб) с кипящим жидким кислородом. В змеевике охлажденный воздух частично конденсируется, испаряя некоторое количество кислорода из куба. На выходе из змеевика воздух дросселируется, его давление снижается до 0,012-0,013 МПа. Затем воздух поступает на верхнюю тарелку ректифицированной колонны, часть его испаряется, а большая часть стекает по тарелкам в нижнюю часть колонны. Проходя ряд тарелок, воздух обогащается кислородом, контактируя на тарелках с поднимающимися парами. В результате в нижней части колонны (куба) собирается жидкий кислород. Образующиеся в кубе пары кубовой жидкости поднимаются вверх и обогащаются азотом. В верхней части колонны пар содержит около 90% азота и 10% кислорода. Эта смесь выбрасывается в атмосферу, предварительно отдав свой холод сжатому воздуху, поступающему в колонну.
5.2.2 Очистка и осушка воздуха
Удаление механических примесей из воздуха. Пыль и другие твердые примеси, попадая в поршневые компрессоры, вызывают износ их деталей (колец, клапанов, цилиндров). Они загрязняют поверхность труб, ухудшая теплообмен и увеличивая сопротивление в них. В конечном итоге это приводит к уменьшению производительности и к преждевременной остановке дорогостоящего оборудования на ремонт.
Содержание пыли в воздухе промышленных предприятий достигает 0,05 г/м3, поэтому очистка совершенно необходима.
Шторки периодически проходят через резервуар с маслом. Осевшая на сетках пыль остается в резервуаре, таким путем сетки непрерывно очищаются и смачиваются маслом. Скорость движения цепи 1.8 мм\мин. В цепных фильтрах удерживается около 98% пыли, содержащейся в воздухе. Недостаток цепных фильтров - частичное загрязнение воздуха маслом, что нежелательно для турбокомпрессоров.
Аналогично устроены воздушные сетчатые фильтры, состоящие из непрерывно движущейся в вертикальной плоскости фильтрующей бесконечной металлической сетки и масляной ванны. При прохождении через ванну загрязнённые участки сетки отмываются от пыли и вновь промасливаются, а пыль оседает на дне ванны в виде шлама.
В масляной ванне расположено устройство для удаления шлама, механизм промывки сеток, элементы для подогрева масла в зимнее время и масло съемник для снятия излишков масла с сеток. Степень очистки воздуха в таких фильтрах зависит от диспеденоости и концентра