SKRAPLANIE I REKTYFIKACJA POWIETRZA
Skład powietrza
• ok. 99% - azot i tlen;
• 0,93 % obj. - gazy szlachetne (głównie argon),
• 0,03% obj. – dwutlenek węgla,
• 0,01% obj. - wodór,
• zmienne ilości pary wodnej,
Skroplenie powietrza - Wróblewski i Olszewski (1883 r.)
Termodynamika techniki niskich temperatur
NajwyŜszą temperaturą, w której gaz moŜna skroplić pod działaniem
ciśnienia, jest temperatura krytyczna. Temperatury krytyczne prawie
wszystkich składników powietrza leŜą znacznie poniŜej temperatury
otoczenia,
co
wymaga
stosowania
niespotykanych w chłodnictwie.
sposobów
chłodzenia,
Praktycznie realizowane procesy skraplania powietrza obejmują:
1) spręŜanie, połączone zwykle z chemicznym i mechanicznym
oczyszczaniem oraz suszeniem;
2) schładzanie, polegające na odprowadzaniu ciepła przez
odpływające z aparatury zimne gazy; jednocześnie usuwa się
resztki CO2 i wilgoci;
3) skraplanie, zachodzące w wyniku dalszego obniŜenia
temperatury dzięki rozpręŜaniu z wykonaniem pracy w
rozpręŜarce (proces izentropowy) lub w zaworze dławiącym z
wykorzystaniem
zjawiska
Joule'a-Thomsona
(proces
przebiegający przy stałej entalpii).
Rektyfikacja skroplonego powietrza
Z wykresu równowagi ciecz-para moŜna odczytać, Ŝe w równowadze z cieczą o
składzie powietrza (20,9 % O2) znajduje się para zawierająca 7 % tlenu, natomiast
w równowadze z parami o składzie powietrza znajduje się ciecz zawierająca ok. 48
% O2.
Rektyfikacja polega na wielokrotnym frakcjonowanym odparowaniu i
frakcjonowanym skraplaniu składników mieszaniny. Istotną trudność
w rozdzielaniu powietrza na czyste składniki przedstawia przede
wszystkim konieczność odbierania ciepła od najniŜej wrzącego
składnika, tj. azotu, co jest niezbędne dla przeprowadzenia procesu
frakcjonowanego skraplania.
Inną komplikację wywołuje jeszcze obecność argonu, którego
temperatura wrzenia leŜy niemal dokładnie pośrodku między
temperaturami wrzenia azotu i tlenu.
Schemat dwukolumnowego aparatu Lindego do
skraplania i rektyfikacji powietrza
1, 2, 3 – zawory redukcyjne, 4 – rynienka
zawierająca skroplony azot
Dolna część kolumny pracuje pod
ciśnieniem ok. 5,6 at, górna pod
ciśnieniem
zbliŜonym
atmosferycznego.
do
Proces rozdzielania powietrza składa się z następujących operacji:
• oczyszczanie powietrza od pyłu
• oczyszczanie powietrza od dwutlenku węgla
• spręŜanie powietrza
• usuwanie wilgoci
• wstępne chłodzenie powietrza
• skraplanie powietrza i rozdzielanie na azot i tlen
Energia potrzebna do samego rozdzielania powietrza na składniki
(podwyŜszenie ciśnienia azotu z 0,8 at i tlenu z 0,2 do 1 at)
odpowiada 0,08 kWh na 1 kg powietrza.
Regeneratory zimna i metoda Lindego i Frankla
Regeneratory zimna są to cylindryczne naczynia, zawierające wypełnienie metalowe o duŜej powierzchni i duŜej pojemności cieplnej.
Wypełnienie to stanowią paski z cienkiej karbowanej blachy
aluminiowej, tworzące po zwinięciu krąŜki, które są ułoŜone jedne na
drugich
na
całej
wysokości
regeneratora.
powierzchnię 1000-3200 m2 na 1 m3.
Wypełnienie
ma
ZASTOSOWANIE
AZOT
• tworzenie atmosfery beztlenowej do zbiorników i wraŜliwych na
utlenienie chemikaliów
• przetłaczanie cieczy rurociągami
• produkcja amoniaku, kwasu azotowego, nawozów sztucznych,
materiałów wybuchowych, barwników i innych syntetycznych
związków chemicznych
• gaz ochronny w procesach chemicznych
WODÓR
• produkcja amoniaku i metanolu
• uwodornianie olejów niejadalnych
• produkcja mydeł, materiałów izolacyjnych, tworzyw, maści i innych
specjalistycznych chemikaliów
• syntezy chemiczne
• procesy hydrokrakingu (rozszczepianie frakcji naftowych zachodzące
w obecności wodoru i dające węglowodory nasycone) i hydrorafinacji
(proces usuwania niepoŜądanych związków z paliw ciekłych w trakcie
hydrokrakingu)
TLEN
• do procesów utleniania, do produkcji kwasu azotowego, tlenku
etylenu, tlenku propylenu, chlorku winylu i innych chemikaliów do
podwyŜszania wydajności i skuteczności spalania odpadów; do
zagazowywania stałych materiałów opałowych; do syntezy leków,
produktów naftowych i innych produktów chemii organicznej
DWUTLENEK WĘGLA
• w produkcji pianek poliuretanowych
HEL
• w procesach chemicznych - jako gaz nośny w analizie substancji
chemicznych metodą chromatografii
Zastosowanie gazów spręŜonych w przemyśle petrochemicznym
AZOT
• podwyŜszenie stopnia odzysku ze złoŜa i utrzymywania ciśnienia w
zbiornikach ropy naftowej i gazu
• wytwarzanie poduszki gazowej w zbiornikach magazynowych i
podczas przeładunku produktów
• płukanie rurociągów
• odzyskiwanie lotnych substancji organicznych z gazów odpadowych
albo do schładzania gazów wentylacyjnych
• obniŜenie emisji lotnych substancji organicznych
WODÓR
• poprawa jakości produktów naftowych przez usuwanie organicznej
siarki z ropy naftowej
• przeróbka produktów cięŜkich w lŜejsze, łatwiejsze do rafinacji
TLEN
• do obniŜania lepkości i poprawiania wypływu w odwiertach
naftowych i gazowych; do podnoszenia wydajności instalacji krakingu
i umoŜliwiania stosowania cięŜszych surowców; do obniŜania emisji
siarki w rafineriach; do regeneracji katalizatorów; utleniania
produktów ubocznych przerobu ropy naftowej
Inne zastosowania
AZOT
• produkcja Ŝarówek
WODÓR
• jako paliwo do pojazdów kosmicznych
• zasilanie systemów podtrzymywania Ŝycia i komputerów,
dostarczając wody pitnej jako produktu ubocznego
ARGON
• do wytwarzania atmosfery ochronnej
• jako czynnik przenoszący ciepło podczas hodowli kryształów
germanu i krzemu na ultraczyste półprzewodniki
• wypełnianie lamp oświetleniowych tzw. świetlówek
• produkcja lamp Ŝarowych , półprzewodników, laserów
• uzyskiwanie niebieskiego światła w lampach neonowych
• gaz nośny w urządzeniach kontrolno - pomiarowych
HEL
• technice światłowodowej - jako składnik atmosfery ochronnej do
wytwarzania kryształów germanu i krzemu do tranzystorów i laserów
albo do wytwarzania światłowodów stosowanych w kablach
telekomunikacyjnych
• półprzewodnikach - do wytwarzania regulowanej atmosfery do
produkcji przyrządów półprzewodnikowych i do zapewnienia lepszej
przewodności cieplnej
• ochrona zdrowia/rezonans magnetyczny (MRI) - ze względu na niską
temperaturę wrzenia, hel stosowany jest do chłodzenia magnesów w
aparaturze do rezonansu magnetycznego
• magnetyczny rezonans jądrowy (NMR) - do utrzymywania magnesów
w temperaturze nadprzewodzenia
• wykrywanie nieszczelności - jako gaz wskaźnikowy w większości
procesów produkcyjnych, przetwórczych i montaŜowych
• do balonów - jako Ŝe hel jest znacznie lŜejszy od powietrza i obojętny
chemicznie, jest idealnym gazem nośnym
• w technice lotniczej i kosmicznej
• w przemyśle opakowań do Ŝywności i napojów
• w procesach kontroli szczelności rurociągów
DWUTLENEK WĘGLA
• uprawy szklarniowe (powoduje Ŝe rośliny są większe, zdrowsze i
szybciej rosną)
• stosowany do neutralizacji ścieków komunalnych i przemysłowych
(zamiast kwasu siarkowego)
• uzdatnianie wody
• zwiększanie twardości wody zbiorników retencyjnych
• gaszenie ognia tam gdzie woda jest nieskuteczna, niepoŜądana lub
niedostępna
(…)
…, jest idealnym gazem nośnym
• w technice lotniczej i kosmicznej
• w przemyśle opakowań do Ŝywności i napojów
• w procesach kontroli szczelności rurociągów
DWUTLENEK WĘGLA
• uprawy szklarniowe (powoduje Ŝe rośliny są większe, zdrowsze i
szybciej rosną)
• stosowany do neutralizacji ścieków komunalnych i przemysłowych
(zamiast kwasu siarkowego)
• uzdatnianie wody
• zwiększanie twardości wody zbiorników…
... zobacz całą notatkę
Komentarze użytkowników (0)