Двукратная ректификация

Схема кислородного аппарата двукратной ректификации приведена на рис. 36. Этот аппарат состоит из двух ректификационных колонн. В нижней колонне А происходит предварительное разделение воздуха на жидкий азот и обогащенную кислородом азото-кислородную смесь. Эти жидкости используются затем для орошения верхней колонны Б, в которой воздух окончательно разделяется на кислород и азот. Сжатый компрессором и охлажденный в теплообменнике (теплообменник на схеме не показан) воздух по трубе 1 поступает в змеевик испарителя 3. В кубе 2 находится жидкая смесь, состоящая из 45 % кислорода и 55 % азота. В змеевике 3 воздух конденсируется и через дроссельный вентиль 4 подается в середину колонны А. Стекая по тарелкам колонны, жидкий воздух встречается с поднимающимися парами, вследствие чего происходит предварительная ректификация жидкого воздуха. Между верхней и нижней колоннами расположен конденсатор В, состоящий из большого числа вертикальных трубок 8, концы которых впаяны в горизонтальные трубные решетки 9. Внутреннее пространство трубок сообщается с нижней колонной, работающей под избыточным давлением 4,5-5,5 кг·с/см^2. Это давление в нижней колонне уста-

Рис. 36. Схема колонны двукратной ректификации: А - нижняя колонна; Б - верхняя колонна; В - конденсатор; 1 - труба для подвода сжатого воздуха из теплообменника; 2 - куб колонны; 3 - змеевик испарителя; 4 - воздушный дроссельный вентиль; 5 - тарелки; 6 - кислородный дроссельный вентиль; 7 - карманы конденсатора; 8 - трубки конденсатора; 9 - трубные решетки конденсатора; 10, 12 - трубы для отвода газообразных кислорода и азота; 11 - азотный дроссельный вентиль

навливается самопроизвольно в соответствии с тепловой нагрузкой конденсатора.

При данных составах пара в верхней части нижней колонны и жидкости в конденсаторе количество конденсирующихся паров азота определяется высотой уровня жидкого кислорода между трубками конденсатора и величиной давления в нижней колонне А. Межтрубное пространство конденсатора сообщается с верхней колонной, избыточное давление в которой не превышает 0,5 кг·с/см². Это давление обусловлено сопротивлением линий отвода продуктов разделения (кислорода и азота) из колонны.

Жидкий кислород заполняет межтрубное пространство конденсатора. Поскольку избыточное давление паров азота составляет около 5 кг·с/см², а паров кислорода - около 0,5 кг·с/см², температура конденсации паров азота превышает температуру жидкого кислорода. Поэтому азот конденсируется в трубках конденсатора и стекает в нижнюю колонну, орошая ее насадку, расположенную выше места ввода жидкого воздуха из испарителя, и обеспечивая процесс ректификации.

Остальная часть жидкого азота (концентрация 94-97 %) собирается в карманах 7 конденсатора и через азотный дроссельный вентиль 11 подается на орошение верхней тарелки колонны Б.

В ту же колонну, примерно на уровне 2/3 ее высоты, через кислородный дроссельных вентиль 6 подается жидкая азото-кис-лородная смесь (кубовая жидкость) из куба 2. В результате ректификации в верхней колонне, в межтрубном пространстве конденсатора собирается жидкий кислород концентрации 99,5-99,8 %. Пары его частично поднимаются вверх по колонне и участвуют в процессе ректификации, а частично отводятся по трубе 10 в теплообменник и затем направляются в газгольдер готового продукта. Азот концентрации 97-98 % собирается в верхней части колонны Б и по трубе 12 через теплообменник удаляется в атмосферу.

Благодаря тому, что в верхнюю часть колонны аппарата двукратной ректификации подается почти чистый жидкий азот, отходящий азот (при достаточном орошении верхней тарелки) содержит не более 2-3 % кислорода. Следовательно, потери кислорода с азотом значительно меньше, чем в аппаратах однократной ректификации, и процесс разделения воздуха при двукратной ректификации более экономичен.

Контрольные вопросы и задания:

1. Как формулируется закон Дальтона?

2. Как формулируется закон Рауля?

3. Что такое коэффициент разделения?

4. Что такое процесс ректификации?

5. Что представляет собой ректификационная колонна?

6. Объясните принцип действия ректификационных тарелок.

7. Что такое коэффициент обогащения?

8. Что такое средний коэффициент полезного действия тарелки?

9. Объясните принцип действия колонны однократной ректификации.

10. В чем отличие аппарата однократной ректификации для получения чистого кислорода и чистого азота?

11. Изобразите принцип действия колонны двукратной ректификации.

Дата добавления: 2015-07-24