Главная Обратная связь

Дисциплины:

Архитектура (936)
Биология (6393)
География (744)
История (25)
Компьютеры (1497)
Кулинария (2184)
Культура (3938)
Литература (5778)
Математика (5918)
Медицина (9278)
Механика (2776)
Образование (13883)
Политика (26404)
Правоведение (321)
Психология (56518)
Религия (1833)
Социология (23400)
Спорт (2350)
Строительство (17942)
Технология (5741)
Транспорт (14634)
Физика (1043)
Философия (440)
Финансы (17336)
Химия (4931)
Экология (6055)
Экономика (9200)
Электроника (7621)






Отримання азоту і кисню розділенням повітря



 

Чистий кисень або збагачене киснем повітря використовується в деяких процесах конверсії природного газу як окислювач метану і інших вуглеводнів. Рідкий азот знайшов вживання для тонкого очищення водню від СО та СН4 і паралельного отримання стехіометричної азотоводневої суміші.

Джерелом для отримання азоту і кисню є атмосферне повітря, ресурси якого практично необмежені. У ньому міститься також 0,93 % об’єм. аргону і дуже мала кількості неону, гелію і інших рідких газів. У виробництві розділення повітря з отриманням кисню та азоту здійснюють шляхом зріджування повітря з подальшою його низькотемпературної ректифікацією, оскільки температури кипіння кисню, азоту і аргону при атмосферному тиску різні: температура кипіння кисню —182,81 °С, азоту — 195,61 °С і аргону — 185,87 °С.

Вивчається також можливість розділення повітря адсорбційним методом на цеолитах (молекулярних ситах) і дифузійним методі, заснованому на різній швидкості дифузії газів через напівпроникні перегородки (мембрани).

Теоретичні основи процесу

Глибоким охолоджуванням прийнято називати зниження температури речовини нижче —100 °С, помірним охолоджуванням — до температури вище —100 °С. Критична температура, тобто така температура, вище за яку речовина не може знаходитися в рідкому стані, для кисню рівна —118,4 °С, а для азоту —147 °С. Відповідно критичний тиск, тобто тиск пари над рідиною при цій температурі, для кисню рівний 5,01 МПа, а для азоту — 3,35 МПа. Так, щоб виділити азот і кисень методом розділення, слід отримати рідке повітря. 106Відомо, що такі реальні гази, як азот і кисень, не підкоряються законам ідеальних газів, зокрема, законам Бойля — Маріотта і Гей-Люссака, оскільки в цих законах не враховується робота, що витрачається на подолання сил тяжіння між молекулами, а також не враховується вплив власного об'єму самих молекул. Чим вище тиск і нижче температура газу, тим більше відхилення від законів ідеальних газів.

Якщо при постійній температурі Т1 стискування якого-небудь, реального газу від початкового тиску Р1, до тиску Р2, а потім знизити тиск до тиску Р1 шляхом дроселювання, тобто пропустивши газ через пристрій, створюючи опір (наприклад, через діафрагму або вентиль) без здійснення зовнішньої роботи і без теплообміну із зовнішнім середовищем, то кінцева температура Т2 може бути вище, рівна або нижче за початкову температуру Т1 (ефект Джоуля — Томсона). При дроселюванні ідеального газу температура залишається постійною.



Для отримання холоду представляє інтерес такий випадок, коли в результаті дроселювання температура газу понизиться. При дроселюванні повітря від початкового тиску 20—30 МПа до атмосферного або до якого-небудь проміжного тиску в області яка нас цікавить то спостерігається пониження температури газу. Використовувати лише дроселювання попередньо зжатого повітря для його зрідження технічно не є можливим, оскільки для цього необхідно стискати повітря дуже високого тиску, тому в техніці принцип дроселювання поєднується з теплообміном.

Дросель-ефект повітря приблизно пропорційний різниці тисків до і після дроселювання (Р2 — Р1). Відомо, що витрата енергії, на стискування за ізотермічних умов пропорційна величині lg(Р2/Р1). Можна вважати, що дросель-ефект при дроселюванні від 20 МПа до атмосферного тиску в 2 рази вище за дросель-ефект при дроселюванні від 10 МПа (також до атмосферного тиску), а витрата енергії вище лише на 15%. Тому для здобуття холоду доцільно використовувати дроселювання більш високого тиску. У техніці Початковий тиск дроселювання складає близько 20 МПа. Застосування вищих тисків ускладнює і здорожує компресорні агрегати.

Можливий і інший процес отримання глибокого холоду: розширення попереднє стислого в ізотермічних умовах газу із здійсненням зовнішньої роботи. Розширення протікає в адіабатичних умовах, тобто без теплообміну з навколишнім середовищем в поршневій або турбомашині, званими відповідно поршневим або турбодетандером.

Холодильний ефект, що створюється детандером, в кілька разів вище, чим ефект, що отримується при дроселюванні. Поршневі детандери 107використовуються у повітрєроздільних агрегатах відносно невеликої продуктивності, а турбодетандери — в агрегатах високої продуктивності. Проте експлуатація детандерів, особливо поршневих, при низьких температурах складніше, тому в промисловості використовуються агрегати як з дросель-ефектом, так і з здійсненням зовнішньої роботи.


Эта страница нарушает авторские права

allrefrs.ru - 2018 год. Все права принадлежат их авторам!