History készítmény gázok levegôszétválasztó át - az ipari gázok, műszaki értékesítés
Az alapja egy megfelelő leírását a valóság által lefektetett svéd kémikus Carl Scheele és ő angol kollégája Joseph Priestley, aki megosztás e vagy más komplex vegyületek hevítéssel kapott „gyúlékony levegő”, amelyben a lángot egy gyertyát égett sokkal fényesebb, mint máskor. Scheele tovább ment: azt mutatta, hogy az égés során az anyagok az izolált edényben levegő térfogata csökken mintegy húsz százalékkal, míg a többi égési levegő lehetetlen. Elkötelezettség azonban a flogisztonelmélet kénytelenek ezeket a kiváló tudósok, hogy dolgozzon ki egyes nyilvánvaló tényeket magyarázatot a meghatározott dogma. Először is, aki végzett egy sor kísérletet, javasolt új elmélet az égés, amely megállapítja, hogy a levegő két részből áll - egy gáz (oxigén) és inert atmoszférában (nitrogén), - olyan anyag, égő, kombinálva az oxigén, tömörítő volt Lavoisier. Ezzel a pontos mérést úgy találtuk, hogy a tömeg az égéstermékek mindig nagyobb, mint a tömeg a kiindulási anyag. Ugyanakkor a tömege egy lezárt lombikban, amelyet égett e, vagy más szerek nem változott. Az együtt létrehozott Scheele tény, csökkenti a levegő az égési folyamat, Lavoisier és arra a következtetésre jutott, hogy a reaktív része a levegő társított a kiindulási anyag, alkotó égéstermékek. Így megnyílt az oxigén és a nitrogén.
Közben telt sok évvel ezelőtt ezek a gázok lehetne használni az ipari méretekben. Az első kétharmadában a XIX század előállított oxigén nagyon kis mennyiségben laboratóriumi módszerek azonban sem az, ami a széles alkalmazási nem vitatták. Úgy tűnik, egy paradoxon: a légkör - az egész óceán oxigén és nitrogén, már csak azt kell találni a módját, hogy külön a két gáz, és a probléma egyre őket megoldani. Ugyanakkor, a legtöbb természetes módszer levegôszétválasztó oxigén és a nitrogén - miatt a különbség a forráspont, már régóta elérhetetlen maradt. Először is, mert az kell a mély hűtés. Általában ugyanakkor, nitrogén és oxigén tartják „állandó” gázok, azaz gázok, amelyek nem lehet alávetni cseppfolyósító. Bár természetesen tükrözi csak a hiánya a szükséges módszerek és technológiák helyett néhány alapvető jellemzője ezeknek a gázoknak.
Tehát, az egyik legfőbb akadálya, hogy az ipari termelés a légköri gázok tiszta formában tökéletlen volt hűtőberendezéssel. Az egyik első kísérlet leküzdeni ezt az akadályt lengyel fizika Olszewski és Wroblewski (University of Krakow) párhuzamos James Dewar (UK) elvét alkalmazó lépcsőzetes hűtő cseppfolyósító oxigén és a nitrogén. Később, ugyanabban a rendszerben Kammerlingh Onnes (Hollandia) kapott és cseppfolyós levegő. A módszer abban áll, a szekvenciális a hőmérséklet csökkentése útján több kompressziós típusú hűtőszekrények különböző működő anyagok.
A működési elve a kaszkád folyamat nyomon követhető segítségével ábra. 1.
Először is, egy kiválasztott gáz, mint a hűtési szert cseppfolyósított szobahőmérsékleten egy erős tömörítés a kompresszor által. A keletkezett hő a tömörítés alatt, kap egy vízhűtéses rendszer. Cseppfolyósított gázt, hogy a párologtató alacsonyabb nyomást, ahol a forráspont, elvételét hő haladva majd a kompresszor, ahol a cseppfolyósított újra. Ebben az első szakaszban elpárologtató ez egyidejűleg a hűtőfürdőt cseppfolyósított hdadagenta második szakaszban. Természetesen, minden egyes szakaszában van kiválasztva hűtőközeg forrás hőmérsékleten, ami megfelel a kívánt hűtési szintet.
Ábra. 1. A gőzkompressziós hűtőszekrény 1 - kompresszor; 2 - víz; 3 - hűtő tartály; 4 - fojtószelep; 5 - egy folyadékot; 6 - párologtató (kriosztát)
Menetes fontos szerepet játszott a történelem termelő ipari gázok vázlatos levegő szhizhaemost. Később azonban ő adta el a fejlettebb technológiai rendszereket.
Linde módszert javasolt ebben a német fizikus 1895 által alapított Joule-Thompson hatás, ami az, hogy megváltoztatjuk a gáz hőmérséklete expanzió közben úgy bármilyen áramlási ellenállást (fojtás). Az a tény, hogy a belső energia valódi gázok áll a potenciális energia a vonzás és a részecskék között a kinetikus energia a kaotikus mozgás. Amikor a gáz expandál hiányában az energia a külső környezettel, a potenciális energia növeli a molekuláris kölcsönhatás, mivel növeli a köztük lévő távolság. A növekedés a potenciális energia miatt a „sztrippelés” a molekulák egy nagyobb távolságra egymástól, csökkentésével ellensúlyozzák azok kinetikus energiájukat (hőenergia mozgás), és így a hőmérséklet. Igaz Hasonló hatás figyelhető meg csak egy bizonyos hőmérséklet küszöbérték, amely felett előjelet: Most a bővítés gáz melegítjük. Ebben az esetben csak megváltoztatni a jel maga a potenciális energia. Ha a korábbi (akár egy bizonyos hőmérséklet), akkor határozzuk meg a vonzó-, most elterjedt visszataszító erők. És kiterjesztés (és fordítva), így további impulzust ad a hőmozgás molekulák. Ez a „fordított” Joule-Thompson hatás normál hőmérsékleten jellemző hidrogénatom.
Ugyanakkor a levegő hűti villog egy meglehetősen széles hőmérséklet-tartományban, ami lehetővé teszi ezt a tulajdonság a Linde ciklusban. Ott a levegőt a kompresszor által sűrített a nyomás 200 atmoszféra, a kompressziós hő ad a hőcserélő és átfolyik a fojtó, miközben bővíti és hűtés. A hűtött levegő áramlik keresztül ugyanazt a hőcserélőt, de másrészt, kiválaszt egy új részét hőt a sűrített gáz, ami után belép a tömörítés. A keringő ezáltal kellően hosszú ideig, a levegő hőmérsékletre hűtjük oly módon, hogy amikor azt fojtva része kezd felenged. Azonban Linde érdeme nemcsak hogy képes volt, hogy on Rails ipari cseppfolyósítás a levegő, hanem elsősorban az a tény, hogy van osztva cseppfolyósított levegő, nitrogén és oxigén nagy tisztaságú.
Erre ő használt egy dupla desztillációs kapott cseppfolyós levegő, mivel egy egyszerű desztillációs nem kapjuk a kívánt termék tisztaságát. Annak ellenére, hogy az oxigén forráspontja (-183 ° C) feletti forráspontú nitrogén (-196 ° C) tizenhárom fok, teljesen elválasztani ezek a gázok a nitrogén egyszerű bepárlással nem sikerült.
Az ötlet lényege desztillációs oszlop egy számláló mozgása a folyadék dúsított alacsony forráspontú komponens (ebben az esetben a nitrogén), felé párok a gáz feldúsult keverék magas forráspontú komponensek (oxigén). A folyadék betáplálása a az oszlop tetején, a gázkeverék elpárologtatott alulról.
Ahhoz, hogy növeljük az érintkezési felületet fázisokat alkalmazzák az úgynevezett frakcionáló tányérok. Érintkezésbe kerülő velük, a gáz részben kondenzáljuk, és a folyadék részben elpárolog. A folyékony állapotban áthalad elsősorban magas forráspontú része a gáz, és az elpárologtatott alacsony forráspontú folyadék. Ennek eredményeként ez a csere felfelé áramlása a gázelegyet a dúsított alacsony forráspontú komponenst és egy lefelé irányuló folyadékáramlás - magas forráspontú. A hagyományos desztillációs oszlopok, hogy hozzon létre egy folyadék visszaáramlás kapott részt a oszlop kimenetén alacsony forráspontú komponenst kondenzálják, és táplálják vissza.
A probléma az, hogy a folyékony levegő nem lehet elválasztani „sietve”. Alkalmazása még a leghatékonyabb desztillációs oszlopok, kapunk a kimeneti kellően tiszta nitrogént, de a az oszlop alján keveréke lesz a nitrogén és oxigén, bár az utóbbi dúsított, mint az eredeti összetétele a levegő.
Ezért Linda és javasolta rendszerének kétszeres lepárlással. Röviden írja a folyamatok zajlanak bennük (ábra. 2).
- 1) Az első (alsó) szakaszban desztillációs oszlop tápláljuk cseppfolyósított levegőt, ami a desztilláció során szétválasztjuk közel tiszta nitrogén és nitrogén-oxigén keverék.
- 2) A nitrogén kondenzálódik a felső részén az első oszlop, ahol az ábrán látható, a mozgó majd a folyadékot a felső része a második (felső) oszlopon, hogy egy folyadékáramot a lefelé áramló.
- 3) nitrogén-oxigén keveréket tápláljuk be a középső része, a második oszlopban. Mivel az eljárás folyamatos, ott már várt egyrészt a gáz áramlását a párologtató, oxigénben gazdag, a másik - a folyadék áramlását a fenti, nitrogénnel dúsított.
- 4) Miután az ilyen egy „cross-tűz” nitrogén-oxigén keverék kezd, hogy az elválasztandó elveivel összhangban a korábban leírt. Up a gázok a végén elhagyja tiszta nitrogén, és az alján fog tiszta oxigén.
Az elegancia a javasolt rendszer, többek között, hogy az elpárologtató a második oszlop ugyanabban az időben az első kondenzátor. Ez jelentősen csökkenti az energiafogyasztást. Eközben, a kívánt hőmérséklet által biztosított nyomáskülönbség a két oszlop és a támogatott automatikusan.
Ezzel párhuzamosan a Linde levegő szétválasztó át a munkát a francia tudós Claude. Ebben a pre-cseppfolyósító szokott nincs fojtás, és bővítők - gép, amelyben a gáz kitágul és működik is, és lehűtjük. Ez a technika kevésbé bizonyult hatékonynak, mint a javasolt Linde, elsősorban azért, mert a nehézségek működésének mechanikus alkatrészek alacsony hőmérsékleten. Eközben, az elején a harmincas általános tervezték expanziós turbina, amelyben a levegőt (vagy bármilyen más gáz) kitágul, és forgatja a turbinalapát, miáltal a lehűtjük, majd cseppfolyósító. Az ilyen eszközök még épp kell használni részben az ipari termelés, de még inkább az alacsony hatékonyság. A áttörés a turbó-bővítők feltéve Kapitza kínált egy látszólag nyilvánvaló ötlet, amelyre azonban senki előtte is gondolt. Korábban használt gázok cseppfolyósítását turbina, hasonló jellemzőkkel gőz. Kapitsa is felhívta a figyelmet arra a tényre, hogy a hideg sűrített levegőt, benne dolgozó tulajdonságai közelebb a vizet, mint a pár. Ez arra késztette őt, hogy a prototípus egy új vízi turbina turbó-bővítő: „válassza ki a megfelelő típusú turbinakerekes lesz, mint egy kompromisszum a víz és a gőzturbina.” - úgy vélik, Kapitsa. Ez tényleg drámaian megnövelte a hatékonyságát cseppfolyósításából gázok, így most ez a turbinakerekes által tervezett Kapitza, ez az alapja a termelés folyékony levegőt. Az ezt követő elválasztás megy mentén javasolt további Linda.
Ábra. 2. Berendezés kettős helyesbítését 1: 2 - finomított oszlop; 3 - kondenzátor-elpárologtató
Harder argonnal. Forráspontja alacsonyabb, mint az oxigén, de magasabb, mint a nitrogén. Ezért része megy oxigénnel, és a többi rész - nitrogénnel. Ennek megakadályozására fejlődés, a középső része az oszlop vett bizonyos frakciója ott lévő keveréket, irányítja azt a további elválasztási oszlop, ahol argon megszabadítjuk oxigén-nitrogén keveréket visszatöltöttük, és az argon tápláljuk a koncentrátumhoz további tisztítás.
Meg kell jegyezni, hogy a mai napig, kivéve a kriogén, vannak más módszerek a gáz elkülönítésére.
Például, az adszorpciós eljárást az jellemez, olcsó, könnyű folyamatirányítás és meglehetősen magas tisztasági foka a gázok. Ennek alapján a módszer azon képességét bizonyos anyagokat (főleg) elnyelik egyes gázok. Kézhezvételét követően nitrogén, levegő nyomás alatt jut a adszorber tartalmazó szén molekuláris szűrőket (3.). Ennek eredményeként az oxigén által elnyelt az adszorbens, és a kimenet a nitrogén. Ugyanakkor, az oxigén mennyiségét, amely képes befogadni az adszorbens korlátozott, így meg kell, hogy folyamatosan elvégzi a regeneráció a molekuláris sziták. Ezt általában nyomásmentesítenék: oxigén felületéről elpárolog az adszorbens, és az utóbbi készen áll egy új légbuborék párt.
Az oxigén a tényt használja ki, hogy a nitrogén-adszorbeálódik alumínium-szilikát szitákon gyorsabb, mint az oxigén. Ezért levegő átáramló adszorbeáló töltött alumínium-szilikát, így a kimenet az oxigén tisztasága 95%.
Ábra. 3. Az adszorpciós gáz elválasztás:
a) a szabályozás megszerzéséhez nitrogénnek a levegőből történő adszorpciós;
b) berendezés adszorptív elválasztó gázok
A membrán levegőszétválasztó eljárás - Az egyik módszer a gáz a légkörben. Ez azon a tényen alapul, hogy a levegő különböző sebességgel haladnak át egy gázáteresztő membránt, jellemzően polimer (ábra. 4). Ezzel levegő nyomás alatt adagoljuk a membrán modul, amely több üreges polimer szálak alkalmazott a elválasztó réteg. Molekulák az oxigén és az argon „nyomott keresztül” kifelé a membránon keresztül, és a gázkeverék feldúsult nitrogén marad a szálak. Szekvenciális levegő szűrése révén számos membrán modulok lehetővé teszi, hogy megfelelő tisztaságú nitrogén (99,9%).
Ábra. 4. A membrán elválasztása gázok:
a) a membrán - Hollow polimer szálakat;
b) egy membrán elválasztási egységgel
És a membrán és adszorpciós levegő elválasztási eljárások, amely lehetővé teszi a viszonylag tiszta nitrogén, azonban nem, büszkélkedhet a felszabaduló oxigén a kívánt tisztaságot, műszaki célokra, nem beszélve a az argon és más gázok. Ezért, a fő folyamat gázszeparációs ma is kriogén rektifikáló eljárás, amely lehetővé teszi, hogy megkapjuk a végső termékek, szennyező anyagoktól mentes.