Работа схемы

Сжатый воздух, охлажденный в теплообменнике (ТО), дросселируется в Др₁ и поступает в куб нижней колонны. При этом он частично сжижается. Обогащенная кислородом жидкость (35 – 36 % О₂) собирается в нижней части колонны – в кубе. Отсюда она через дроссельный вентиль Др₂ поступает как исходная жидкость (смесь) в середину верхней части колонны для разделения.

Обогащенный азотом пар в нижней колонне поднимается в трубное пространство конденсатора-испарителя (К-И), где в межтрубном пространстве кипит кислород. Чтобы этот обогащенный азотом пар сконденсировался, надо, чтобы его температура конденсации была выше температуры кипящего кислорода на 2 – 4 градуса.

Давление в верхней колонне, как и в колонне однократной ректификации, немного выше атмосферного (0,13 – 0,15 МПа). Температура кипения кислорода при этом будет равна 93 – 94 К. Следовательно температура азота в нижней колонне должна быть равной 96 – 97 К. Эта температура может быть температурой конденсации азота при давлении 0,56 – 0,6 МПа. Именно такое давление устанавливается в нижней колонне.

Жидкий, сконденсировавшийся азот из К-И стекает в нижнюю колонну. Пары поднимаются ему навстречу и обогащаются при этом азотом. Часть жидкого азота скапливается в карманах и в виде флегмы направляется на орошение верхней колонны через Др₃. Это позволяет в верхней части колонны получать технически чистый азот.

Таким образом, в результате двойной ректификации воздуха из конденсатора отводится кислород, а из верхней части колонны – азот. После прохождения ТО они являются конечными продуктами.

В установках небольшой производительности удобнее и эффективнее применять колонны двукратной ректификации с подачей воздуха высокого давления через змеевик в кубе (см. рис. 4.8).

Рис. 4.8. Схема колонны двукратной ректификации с подачей насыщенного сжатого воздуха через змеевик в кубе нижней колонны

В этом змеевике воздух полностью конденсируется и одновременно осуществляется испарение жидкости в испарителе (кубе). Жидкость в кубе обогащается кислородом до 45 % (выше, чем в предыдущей схеме). Это позволяет увеличить флегмовое число (по азоту) в верхней колонне и, следовательно, улучшить показатели установки.

В колоннах двукратной ректификации обеспечивается практически полное извлечение кислорода или азота из воздуха.

Однако приведенный процесс не учитывает присутствие в воздухе 0,932 % аргона. Из-за него не удается одновременно получать технически чистые азот и кислород. В описанных колоннах двукратной ректификации если получать технически чистый азот (99,99 %), то в кислороде будет 4,3 % аргона. Если же получать технически чистый кислород (99,2 %), то в выходящем азоте будет 2 – 3 % аргона. Чтобы отделить аргон, установку необходимо усложнить.