РАЗДЕЛЕНИЕ ВОЗДУХА.

Охлаждение и ожижение воздуха является предварительным этапом его разделения. Разделению подвергается жидкий воздух (сухой насыщенный пар), поступающий из трубо­провода VIII (рис. 6.2, а), путем низкотемпературной ректифика­ции, когда смесь жидкостей О2 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 рис. 6.3. 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 О2 и N2 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.

В колоннах двукратной ректификации получают кислород и чистый азот. Колонна состоит из частей высокого (нижняя часть, 0,5...0,6 МПа) и низкого давления (верхняя часть, 0,13... ...0,14 МПа).

Воздух по трубе 1 подается в нижнюю часть 2 составной колон­ны (рис. 6.4). При входе в колонну воздух конденсируется, отдавая скрытую теплоту парообразования на испарение азота. В резуль­тате испарения части N2 жидкая фаза обогащается кислородом до 39...40 %, и через переохладитель 9 и дроссельный вентиль 8 направляется в качестве исходной смеси в часть 4 низкого давле­ния составной колонны. Пары N2 поднимаются к испарителю 3, где конденсируются жидким кислородом, находящимся в межтрубном

пространстве. В свою очередь кислород (О2(ж)) кипит за счет кон­денсации паров азота. Жидкий кислород, стекая вниз, орошает тарелки высокого давления, а также частично собирается в карма­нах испарителя и оттуда направляется на орошение части низкого давления, минуя переохладитель 7 и дроссельный вентиль 6. При дросселировании жидкого воздуха в вентиле 8 и азота в вентиле 6 их давление снижается. При этом получается дополнительное коли­чество холода для снижения температуры и покрытия хладопотерь в верхней части составной колонны.

В части низкого давления колонны происходит окончательное разделение обогащенной до 39...40 % кислородом смеси, посту­пающей из части высокого давления.

Газообразный азот с концентрацией 97...98 % отбирается по трубе 5, проходит через переохладитель 7 флегмы N2 и переохла­дитель жидкого воздуха 9 (кубовой жидкости), где охлаждает азотную флегму и жидкий воздух и отводится к потребителям по трубе 10.

Кислород (концентрация 99,8...99,7 %) отбирается из части низкого давления соответственно по трубам 11 (О2(г)) и 12(О2(ж)) газообразного и жидкого целевого продукта.