I. Pengantar unit pemisahan udara
Yang-disebut unit pemisahan udara, secara sederhana, adalah perangkat yang memisahkan komponen gas utama di udara. Ini mendinginkan udara hingga mencapai keadaan cair dan menggunakan titik didih yang berbeda dari komponen udara cair untuk secara bertahap memisahkan oksigen, nitrogen, dan argon. Udara juga mengandung gas langka seperti helium, neon, argon, kripton, xenon, radon, serta kotoran seperti uap air, karbon dioksida, dan debu, yang semuanya perlu dipisahkan dan dimurnikan. Bagi sebagian besar pabrik, tugas utama unit pemisahan udara adalah memisahkan dan menghasilkan oksigen bersih, nitrogen, argon, dll.
(I) Pengenalan prinsip
Komponen utama udara adalah nitrogen, oksigen dan argon, sehingga tujuan utama pemisahan adalah untuk mendapatkan ketiga gas murni tersebut.
Pengotor utama di udara adalah uap air, karbon dioksida, dan hidrokarbon.
Pemisahan udara bertujuan untuk menghilangkan kotoran berbahaya di udara dan memisahkan gas campuran menjadi gas "murni" seperti nitrogen, oksigen, dan argon.
Prinsip dasar pemisahan udara adalah nitrogen, oksigen dan argon di udara mempunyai titik gelembung (titik embun, titik didih) yang berbeda dan dipisahkan melalui distilasi. Titik didihnya adalah: N₂: -195,8 derajat ; O₂: -183,0 derajat; Ar: -185,7 derajat .
Proses distilasi: Pada pelat distilasi, uap jenuh dengan suhu lebih tinggi dan cairan jenuh dengan suhu lebih rendah bersentuhan penuh. Uap jenuh melepaskan panas ke cairan jenuh dan sebagian mengembun; cairan jenuh menyerap panas dan sebagian menguap. Oksigen adalah komponen-titik didih-tinggi dan lebih banyak mengembun menjadi fase cair; nitrogen adalah komponen-titik didih-rendah dan lebih banyak menguap ke fase gas.
II.Pengantar alur proses
Aliran proses pemisahan udara saat ini kira-kira sebagai berikut: atmosfer pertama-tama dikompresi oleh sistem kompresi, kemudian memasuki sistem pra-pendinginan untuk pendinginan awal, kemudian memasuki sistem pemurnian untuk menghilangkan beberapa kotoran seperti uap air dan karbon dioksida, dan kemudian didinginkan lebih lanjut oleh sistem pertukaran panas, dan kemudian memasuki sistem distilasi (terutama termasuk ekspander, kotak dingin, dll., dan kotak dingin berisi menara utama, pendingin utama, pompa cair dan peralatan lainnya, dan proses distilasi selesai dalam sistem ini), dan akhirnya memasuki sistem cadangan seperti gasifikasi produk, kompresi, dan penyimpanan.
AKU AKU AKU. Pengantar sistem unit pemisahan udara (atau peralatan)
(I) Sistem kompresi
Terdapat filter udara di awal sistem kompresi udara, yang digunakan untuk menyaring kotoran mekanis di udara. Sebagian besar terdapat-filter udara yang dapat membersihkan sendiri; tujuan kompresi adalah untuk melakukan pra-kompresi udara, dan peralatan tersebut terutama mencakup turbin uap, kompresor udara, supercharger, dll.
Filter-yang membersihkan sendiri: Umumnya, seiring bertambahnya volume gas, jumlah kartrid filter bertambah, dan jumlah lapisan juga lebih banyak. Lapisan-ganda untuk kelas 25.000 ke atas, dan lapisan-tiga untuk kelas 60.000 ke atas; kompresor tunggal perlu dilengkapi dengan filter terpisah, dan diatur melawan arah angin.
Turbin uap: Uap-bertekanan tinggi memuai untuk melakukan kerja, mendorong impeler koaksial berputar, sehingga menghasilkan kerja pada fluida kerja. Bentuk umum meliputi kondensasi penuh, tekanan balik penuh, dan kondensasi ekstraksi, dan yang lebih umum digunakan adalah kondensasi ekstraksi.
Kompresor udara: Unit pemisahan udara berukuran besar kebanyakan menggunakan-kompresor sentrifugal isotermal poros tunggal. Konsumsi energi perusahaan impor sekitar 2% lebih rendah dibandingkan konsumsi energi dalam negeri, dan investasinya 80% lebih tinggi; saluran keluarnya berventilasi, dan tidak ada pipa balik yang dipasang. Terdapat persyaratan anti-gelombang aliran isap minimum, dan baling-baling pemandu saluran masuk digunakan untuk pengaturan aliran. Unit impor dan domestik semuanya memiliki empat-kompresi tahap dan tiga-pendinginan (tahap terakhir tidak didinginkan). Kompresor udara utama dilengkapi dengan sistem pencucian air untuk mencuci endapan pada permukaan impeller dan volute pada setiap tingkatnya yang satu set lengkap dengan mesin induk.
Booster: Unit pemisahan udara besar kebanyakan menggunakan-kompresor sentrifugal isotermal poros tunggal dan kompresor sentrifugal roda gigi. Diantaranya, jenis roda gigi memiliki keunggulan konsumsi energi yang lebih besar, terutama pada kondisi tekanan yang relatif besar.
(II) Sistem pendinginan awal
Fungsi dari sistem precooling adalah untuk mendinginkan udara terlebih dahulu sehingga air, karbon dioksida, debu dan kotoran lainnya pada udara bertekanan dapat dimurnikan pada langkah selanjutnya. Peralatan utama meliputi menara pendingin udara, menara pendingin air, pompa air pendingin dan air dingin, dll.
Menara pendingin udara: Ada dua bentuk: sirkulasi tertutup (menara pendingin udara dibagi menjadi dua bagian, bagian atas dan bawah, dan air dingin bersirkulasi antara bagian atas menara pendingin udara dan menara pendingin air) dan sirkulasi terbuka (ke dalam sistem sirkulasi air). Sirkulasi tertutup terutama digunakan di pabrik kimia dengan kualitas air yang buruk, yang perlu ditambah dengan air bersih dan bahan kimia; sirkulasi terbuka banyak digunakan, tetapi sistem sirkulasi air juga perlu dilengkapi dengan air bersih secara teratur, dan kondisi kerja musim panas harus dipertimbangkan. Desainnya umumnya berupa cincin bola baja tahan karat φ76 1 meter (tahan suhu tinggi) di bagian bawah, cincin bola polipropilen bertulang φ76 3 meter (fluks besar), dan cincin bola polipropilen bertulang φ50 4 meter.
Menara pendingin air: Ada dua jenis: dua-tipe tahap (bila tidak ada sumber dingin eksternal, kapasitas dingin nitrogen kotor kering dipulihkan sepenuhnya untuk memastikan sistem pra-pendinginan, tetapi resistansinya dua kali lebih besar, 7 meter + 7 meter φ50 cincin bola polipropilen) dan satu-tipe tahap (bila ada sumber dingin eksternal, cincin bola polipropilen 8 meter φ50).
Lainnya: Secara umum, semua saluran masuk air pada sistem pra-pendinginan harus dilengkapi dengan filter (umumnya 6 unit: 4 pompa air, saluran masuk air ke menara pendingin air, dan saluran masuk air ke sisi evaporasi chiller) untuk mencegah kotoran masuk ke dalam sistem. Uji efeknya adalah: gas keluar dari bagian pengepakan 4 meter yang lebih rendah adalah 1 derajat lebih rendah dari air masuk; gas keluar dari bagian pengepakan 8 meter atas adalah 1 derajat lebih tinggi dari air. Umumnya termometer dipasang di tengah menara pendingin udara (memanjang hingga ke bagian dalam).
(III) Sistem pemurnian
Fungsi sistem pemurnian adalah untuk menghilangkan kotoran seperti uap air, karbon monoksida, karbon dioksida, hidrogen dan hidrokarbon di udara untuk menjamin kemurnian nitrogen, oksigen dan argon dalam produk udara. Penyerap yang digunakan adalah aliran aksial vertikal, lapisan ganda-horizontal, dan aliran radial vertikal.
Aliran aksial vertikal: terutama digunakan untuk peralatan pemisahan udara di bawah level 10.000 (diameter telah mencapai 4,6m), ketebalan lapisan 1550∽2300mm, lapisan-ganda atau lapisan-tunggal dapat diatur, dan distribusi aliran udara adalah yang terbaik.
Lapisan ganda-horizontal: terutama digunakan untuk peralatan pemisahan udara-berukuran besar dan sedang, ketebalan lapisan 1150mm (saringan molekuler) + 350mm (gel aluminium).
Aliran radial vertikal: dapat secara efektif memanfaatkan ruang internal wadah, sehingga area lapisan adsorpsi dengan diameter yang sama diperluas sekitar 1,5 kali lipat, secara efektif mengurangi ketinggian menara, dan metode penempatan vertikal menempati area yang lebih kecil. Karena aliran udara terdistribusi secara merata, tidak seperti aliran udara yang tidak merata pada penyerap horizontal, jumlah saringan molekuler berkurang sebesar 20%, dan konsumsi energi regenerasi juga dihemat sebesar 20%. Namun, kelemahannya adalah pusat aliran udara terkonsentrasi (area berbentuk kipas), dan waktu penetrasi lebih cepat dibandingkan tipe horizontal (diperlukan CO₂＜0,5ppm). Ketebalan lapisan adalah 1000mm+200mm, yang dapat memenuhi konfigurasi peralatan pemisahan udara di atas 20.000 level.
IVSistem pertukaran panas
Tujuan dari sistem pertukaran panas adalah untuk mendinginkan udara lebih lanjut untuk operasi distilasi berikutnya. Sumber energi dingin adalah penguapan sebagian udara melalui turbin expander. Strukturnya adalah tipe sirip-lapisan-berlapis-lapis. Logistik antar saluran yang berdekatan merupakan pertukaran panas yang baik melalui sirip. Ini digunakan untuk mendinginkan udara terkompresi yang telah diserap oleh saringan molekuler untuk menghilangkan air dan CO₂. Setiap gas refluks (cairan) dipanaskan sampai suhu kamar di sini.
Sebenarnya, desain beberapa aliran media campuran dalam penukar panas yang sama dapat secara otomatis menyeimbangkan perpindahan panas setiap media dan meminimalkan konsumsi energi. Namun, untuk proses kompresi internal, semua penukar panas akan menjadi-penukar panas bertekanan tinggi, sehingga akan meningkatkan investasi. Oleh karena itu, akan lebih ekonomis untuk memisahkan tekanan tinggi dan rendah untuk penukar panas kompresi internal di atas level 20.000, dan semua penukar panas-tekanan tinggi dikonfigurasikan di bawah level 20.000.
V Sistem fraksinasi
Tujuan dari sistem fraksinasi adalah untuk memfraksinasi udara terkompresi yang telah dimurnikan dan didinginkan secara mendalam menjadi oksigen, nitrogen, argon, dll. selangkah demi selangkah. Peralatan utama adalah cold box (termasuk menara utama, pendingin utama, subcooler, menara argon mentah, pompa oksigen cair, pompa cair, dll).
Kotak dingin: Ini adalah struktur logam persegi atau bulat, yang merupakan simbol tertinggi dari bengkel pemisahan udara. Itu diisi dengan pasir mutiara untuk mengurangi hilangnya rasa dingin. Udara dipisahkan dalam kotak dingin melalui efek distilasi pada pelat menara dan pengepakan.
Menara distilasi: Badan menara berbentuk silinder, dengan beberapa lapisan pelat ayakan di menara bawah, ember pelimpah dipasang di pelat ayakan, penyekat pelimpah, dan ditutup rapat dengan lubang-lubang kecil; menara atas dilengkapi dengan pengepakan reguler dan distributor cairan. Selama penyulingan di menara bawah, cairan mengalir melalui setiap pelat saringan dari atas ke bawah satu per satu. Akibat pengaruh bendungan luapan, ketinggian permukaan cairan tertentu terbentuk pada pedal. Saat gas melewati lubang kecil pada pelat saringan dari bawah ke atas, gas tersebut bersentuhan dengan cairan untuk menghasilkan gelembung, sehingga meningkatkan area kontak gas-cair, membuat pertukaran panas dan massa menjadi efisien. Komponen-titik didih rendah berangsur-angsur menguap, dan komponen-titik didih tinggi berangsur-angsur mencair. Di bagian atas menara diperoleh nitrogen murni dengan titik didih rendah, dan di bagian bawah menara diperoleh komponen udara cair yang kaya oksigen-dengan titik didih tinggi. Selama distilasi di menara atas, gas melewati distributor dan naik sepanjang pelat pengepakan. Cairan tersebut didistribusikan secara merata pada pelat pengepakan dari atas ke bawah melalui distributor air. Pada permukaan kemasan, gas dan cairan bersentuhan penuh untuk pertukaran panas dan massa yang efisien. Kandungan oksigen dengan titik didih rendah dalam gas yang naik terus meningkat, dan komponen oksigen dengan titik didih tinggi dicuci dalam jumlah besar untuk membentuk cairan refluks, dan akhirnya nitrogen murni dengan titik didih rendah diperoleh di bagian atas menara, dan oksigen cair dengan titik didih tinggi diperoleh di bagian bawah menara.
VI Sistem cadangan penyimpanan dan penguapan
Simpan, uapkan, dan isi fraksinasi oksigen cair, nitrogen cair, dan argon cair. Peralatan utama meliputi tangki penyimpanan cairan kriogenik, alat penguap, pompa pengisian botol, platform pengisian, dll.
Produk oksigen dan nitrogen bertekanan rendah-: atur katup pengatur produk dan jalur aliran ventilasi, keluarkan ke dalam peredam (bagian dalam nitrogen terbuat dari baja karbon, bagian dalam oksigen terbuat dari baja tahan karat).
Nitrogen kotor: diatur untuk dilepaskan ke menara pendingin air (untuk melepaskan nitrogen kotor, mengalokasikan gas yang dihasilkan dan menyesuaikan tekanan menara atas). Diameter menara pendingin air diperlukan untuk memenuhi persyaratan debit. Terutama ketika nitrogen dimasukkan, tekanan menara atas tidak dapat dinaikkan. Resistansi menara pendingin air adalah 6kPa (kemasan tinggi 8 meter), pipa dan katup 4kPa, dan perbedaan tekanan ke atmosfer adalah 2kPa, total 12kPa.
Produk oksigen bertekanan tinggi-: pelambatan dua tahap digunakan untuk ventilasi. Pertama, gas produk bertekanan tinggi-diperlambat hingga 10barG, melewati peredam eksentrik, pelat pengurang kebisingan monel dipasang di tengah, dan kemudian diameter pipa diperluas melalui peredam eksentrik. Laju aliran media oksigen dikontrol di bawah 10m/s, dan kemudian dibatasi dan dibuang ke menara knalpot. Elemen knalpotnya terbuat dari baja tahan karat.
Produk nitrogen bertekanan tinggi-: Produk nitrogen pertama-tama dibatasi hingga 10bar, melewati pelat pengurang kebisingan baja tahan karat, lalu dimasukkan ke menara knalpot untuk pembatasan dan ventilasi. Elemen knalpotnya adalah baja karbon.
Katup oksigen: Tidak boleh dioperasikan secara manual (katup pengatur dilarang memiliki roda tangan, dan katup manual ditempatkan di dalam dinding-tahan ledakan).
