Методы промышленного получения продуктов

Использование в промышленности продуктов разделении воздуха

ПРОДУКТЫ РАЗДЕЛЕНИЯ ВОЗДУХА

ПРОДУКТАМИ РАЗДЕЛЕНИЯ ВОЗДУХА

Раздел 7. СИСТЕМЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПРЕДПРИЯТИЙ

В различных отраслях промышленности широко применяются кислород и другие продукты разделения воздуха – азот, аргон, неон, криптон, ксенон и гелий.

Кислород– активнейший окислитель, что предопределило его широкое применение в черной и цветной металлургии, химической промышленности, ракетно-космической технике, машиностроении, медицине и др.

Более 50% кислорода производится и потребляется в черной металлургии. Применение кислорода в черной металлургии позволяет интенсифицировать металлургические процессы и улучшить их технико-экономические показатели. Кислород используют также при выплавке цветных металлов – меди, никеля, цинка и свинца.

Жидкий азотблагодаря своей нетоксичности, инертности и дешевизне широко используется в качестве криоагента. Значительные количества жидкого азота расходуются при холодных опрессовках и испытаниях кислородного, водородного и гелиевого оборудования, а также в термобарокамерах, имитирующих условия космического пространства.

Важная область применения жидкого азота – пищевая промышленность. Быстрое охлаждение и замораживание пищевых продуктов путем разбрызгивания азота и последующее их хранение в обогащенной азотом атмосфере обеспечивают сохранение вкусовых качеств и товарного вида продуктов в течение длительного времени.

Жидкий азот применяется также в сельском хозяйстве и медицине для хранения биопродуктов.

В криогенных системах жидкий азот широко используют для охлаждения промежуточных экранов изоляции оборудования, а также для предварительного охлаждения больших масс металла сверхпроводящих магнитов кабелей, трансформаторов и т. д.

В ряде технологических процессов используется газообразный азот. Вхимическойпромышленностиазотнарядускислородомслужитисходнымвеществомдляпроизводствааммиака,азотной кислоты, метанола, минеральных удобрений и других химических продуктов. Азот применяют также в качестве защитной инертной среды при переработке нефти.

Аргон, неон, криптон и ксенон– инертные газы. Аргон наряду с азотом используется при выплавке специальных сталей и сплавов, в машиностроении – при сварке металлов. Неон, криптон и ксенон находят широкое применение в электроламповой и радиоэлектронной промышленности, а также при проведении исследований в различных отраслях промышленности.

Извлечение инертных газов при производстве кислорода позволяет в значительной мере снизить его себестоимость.

разделения воздуха

Большинство получаемых при разделении воздуха газов представляют собой криоагенты, т. е. газы с нормальной температурой конденсации в широком интервале температур ниже 120 К. Наиболее экономичные способы их выделения их воздуха (газовой смеси) основаны на низкотемпературных методах – кондесационно-испарительном и в некоторых случаях адсорбционно-десорбционном.

Из конденсационно-испарительныхметодов в технике низкотемпературного разделения воздуха используется ректификация. Низкотемпературная ректификация отличается от соответствующего высокотемпературного процесса тем, что для ее проведения необходима система криообеспечения.

Назначение этой системы:

- отвод теплоты из системы разделения воздуха для компенсации теплопритоков и, если это необходимо, ожижение продуктов разделения;

- обеспечение отвода теплоты в процессе ректификации из конденсатора и подвода теплоты в испарителе.

Для установок, выдающих газообразные продукты разделения воздуха, такой системой служит рефрижератор; для установок, выдающих какие-либо продукты в жидком виде – ожижитель.

Система криообеспечения может работать как самостоятельно, на отдельном криоагенте, не связанном с разделяемой смесью (внешнее криообеспечение), так и совместно с системой разделения на разделяемой смеси и продуктах разделения (внутреннее криообеспечение). Существуют и установки, в которых оба способа сочетаются (комбинированное криообеспечение).

Адсорбционно-десорбционныеметоды разделения основаны на селективной (избирательной) адсорбции при низких температурах отдельных компонентов воздуха на твердых адсорбентах и последующей их десорбции.

Используемые для этой цели адсорбенты (активные угли, цеолиты. силикогели, алюмогели) характеризуются большой удельной поверхностью пор (сотни квадратных метров на грамм) и достаточной механической прочностью, чтобы не истираться при многократных циклах адсорбции и десорбции компонентов.

Адсорбционно-десорбционные методы используются как вспомогательные для разделения в тех случаях, когда конденсационно-испарительные методы невыгодны или неприменимы. К ним относится разделение ценных газовых смесей, получаемых в относительно малых количествах (криптон + ксенон, неон + гелий) или таких, в которых содержание одного из компонентов невелико (примеси азота и кислорода в аргоне).

Кроме того, эти методы используются для удаления из воздуха паров воды, диоксида углерода и углеводородов.

В воздухоразделительных установках кроме основных продуктов разделения (кислорода и азота) извлекают и другие составные части воздуха - инертные газы. Все они, кроме аргона, содержатся в воздухе в очень малых концентрациях.

В качестве ценных продуктов экономически целесообразно извлечении всех компонентов воздуха, кроме диоксида углерода, гелия и водорода.