Воздухоразделительные установки

Однократная ректификация. Непосредственное разделение воздуха производится в ректификационных колоннах однократной или двукратной ректификации.

Схема колонны однократной ректификации показана на рис. 5.3. При однократной ректификации получается в виде технически чистого продукта только кислород. С загрязненным азотом теряется около 1/3 кислорода.

Охлаждение и ожижение воздуха является предварительным этапом его разделения. Разделению подвергается жидкий воздух (сухой насыщенный пар) путем низкотемпературной ректификации, когда смесь жидкостей О 2 и N2 подвергается многократно повторяющимся частичным испарениям и конденсации. При этом пар, находящийся в равновесии с жидкостью, естественно, содержит больше вещества с низкой температурой кипения, а жидкость соответственно обедняется низкокипящей компонентой (азотом).

Принципиальная схема колонны однократной ректификации показана на рисунке 5.4. Однократная ректификация применяется в установках малой производительности и для получения жидкого кислорода. При большой единичной производительности установки используется двукратная ректификация.

Разделяемая смесь в виде жидкости, сухого насыщенного пара или смеси пара и жидкости подается по трубопроводу 1 в среднюю часть колонны 2. В нижней части колонны разделяемая смесь накапливается в виде жидкости, где размещен трубчатый испаритель 3. Жидкая фаза смеси О 2 и N 2 стекает по тарелкам колонны вниз и за счет подвода теплоты к элементу 3 испаряется, поднимаясь вверх колонны, и поступает в конденсатор 4, в котором осуществляется отвод теплоты. Образовавшаяся при этом жидкая фаза стекает вниз, контактируя с восходящим потоком паров. В испарителе 3 в первую очередь начинает испаряться жидкий азот, а оставшаяся в испарителе жидкость насыщается кислородом. При этом температура кипения жидкости в испарителе возрастает и начинает испаряться тяжелокипящая ее составляющая (кислород).

В конденсаторе вначале конденсируются пары кислорода, и жидкий кислород стекает вниз. Температура конденсации снижается за счет обогащения смеси азотом.

В результате из верхней части колонны отбирается жидкий или газообразный азот [соответственно N2(ж) и N2(г) ], а из нижней части – жидкий и газообразный кислород [О2(Ж) и О2(Г)].

В колонне однократной ректификации удается получить чистый кислород и разбавленный кислородом до –5÷10 % азот.