素人が学ぶ空気分離の知識 8 修正

Revised sentence: “Cooling capacity heat is a fundamental concept in cryogenic air separation theory, which although sorted out, remains challenging to comprehend. Therefore, I will elaborate on the concepts of cooling capacity and heat carrier, as they are crucial for understanding the nature of the cryogenic air separation process. Any system that deviates from ambient…

After air isothermal compression, liquid air is produced by open heat pump and expansion refrigeration liquefaction process. After air isothermal compression, liquid air can be produced by open heat pump and isothermal enthalpy difference refrigeration liquefaction process. Whether it is expansion mechanism cooling or isothermal enthalpy difference refrigeration, to get liquid air, part of the…

皆様に分かりやすくするために、さらに説明をさせていただきます。まず、熱力学において非常に重要な概念である環境の概念について説明します。熱力学第 2 法則の中核概念は有効エネルギーであり、有効エネルギーは環境と密接に関係しています。私たちに最も関係のある環境は地球の大気環境です。もちろん、地球の大気環境は一様ではありませんが、その変化の範囲はそれほど大きくありません。大気の状態は、圧力 1 気圧、温度 25 度、空気の組成は、酸素約 21 パーセント、窒素約 78 パーセント、アルゴン約 1 パーセントです。これは、環境のベースライン状態を簡単に説明したもので、有効エネルギーはからだちゃんに等しい、熱はゼロに等しい、寒さはゼロに等しい。環境状態から逸脱したシステムには有効エネルギーが存在します。これが、酸素と窒素の生成に有効エネルギーが必要な根本的な理由でもあります。

蒸留技術は、混合物中の各成分の沸点の違いを利用して混合物を分離する最も重要な技術です。各成分の沸点は異なります。気液共存状態では、低沸点成分は比較的揮発しやすいため、気相中の低沸点成分の相対割合が気相中の低沸点成分の割合よりも高くなります。液相。二成分混合物のこの特性を利用して、蒸留による二成分混合物の完全な分離を達成することができる。二成分混合物蒸留分離プロセスには、次の標準設備が含まれます。1つは、原料（二成分混合物）の蒸留輸送です。室温（周囲温度）での二成分混合物の沸点が以下の場合、二成分混合物は室温で気体輸送装置です。二成分混合物の沸点が室温より高い場合は圧縮機、室温での二成分混合物の液体輸送装置はポンプです。 2つ目は蒸留原料と蒸留分離生成物の二成分混合物の熱交換であり、この熱交換器は主熱交換器とも言えます。その主な機能は、蒸留原料と蒸留分離生成物の熱交換を介して行われる一方で、熱交換後の蒸留原料は気液共存に近い状態で精留塔の途中に送られることです。熱交換後の蒸留分離生成物の温度は保管や輸送時に常温に近くなります。もちろん、蒸留原料と蒸留分離生成物の熱交換により、蒸留分離プロセスのエネルギー消費も削減されます。 3つ目は蒸留分離プロセスの中核となる蒸留塔であり、二成分混合物の蒸留分離は蒸留塔内で実現されます。 3 つの部分から構成され、1 つは蒸留塔凝縮器の上部に設置され、冷却水を介して冷却能力を提供し、蒸留塔内の低沸点成分を凝縮して蒸留塔の還流液として液相にします。 2つ目は精留塔の底部に設置されたリボイラーで、蒸気を介して熱を与え、精留塔底部の高沸点成分を蒸発させて蒸留ガスとして上昇させます。 3 つ目は蒸留塔本体で、中央にトレイまたはパッキンを備えた円筒形の圧力容器です。トレイとパッキンの役割は、精留塔の上下から低沸点純粋成分と高沸点純粋成分を取り出すために蒸留分離ができるように物質と熱の伝達を強化することです。蒸留は基本的な化学単位の操作であり、純粋に物理的なプロセスであり、神秘はありません。上記の説明からわかるように、リボイラー蒸気による入熱は基本的に凝縮器の冷却水によって奪われます。したがって、蒸留分離プロセスは実際には熱を消費せず、リボイラーの入力熱と凝縮器の出力熱の温度差によって生成される有効エネルギーを消費します。これがヒートポンプ技術の最も重要な基盤となります。蒸留分離プロセスで広く使用されており、蒸留分離プロセスにおける最も重要な省エネ技術となっています。蒸留分離プロセスにおけるヒートポンプ技術の最も基本的な応用は、蒸気と冷却水の代わりに密閉型ヒートポンプを使用してリボイラーを加熱し、凝縮器から熱を出力することです。この最も基本的なアプリケーションは、蒸留塔の設備や蒸留塔内のパラメーターを変更せず、依然として二成分混合物の蒸留分離プロセスにおける標準的な単塔蒸留分離プロセスです。蒸気と冷却水の代わりに密閉ヒートポンプを使用することは、蒸留分離プロセスで使用されるヒートポンプ技術の最も基本的な方法ですが、実際の蒸留分離プロセスでは一般的ではありません。その理由は次のとおりです。まず、密閉型ヒートポンプは、高沸点成分と低沸点成分の二成分混合物にのみ適しています。沸点ギャップが大きすぎない、沸点ギャップが大きすぎる、圧縮比が低い。ヒートポンプコンプレッサーの規模が大きすぎると、プロジェクトコストが大幅に上昇し、経済性が良くありません。 2つ目は、リボイラーの加熱と凝縮器からの出力熱を密閉型ヒートポンプで完全に蒸気と冷却水に置き換える方法であるが、そうすると必然的に精留系の熱バランスや冷熱バランスの問題が生じ、熱を確保するため、精留システムのバランスを考慮して、蒸気と冷却水を使用して蒸留分離を達成できる場合、最も簡単な方法は、蒸気と冷却水を使用してリボイラーと凝縮器を保持することです。この場合、完全に自己加熱する密閉型ヒートポンプの使用は必要なく、シングルヒートポンプとマルチヒートポンプ技術を使用して蒸留分離プロセスを改善するだけで済みます。第三に、蒸留分離プロセスでのオープン ヒート ポンプの使用には、クローズド ヒート ポンプに比べて大きな利点があります。第 4 に、クローズド ヒート ポンプ蒸留プロセスの使用は周囲温度付近でのみ適しており、周囲温度から離れすぎると適切なサイクル作動媒体を見つけるのが困難になります。上記の理由により、密閉型ヒートポンプは、二成分混合物の沸点が室温に近い場合にのみ広く使用されます。蒸留分離プロセスで最も広く使用されているのは、いわゆるシングル ヒート ポンプおよびマルチ ヒート ポンプ技術です。いわゆるシングル ヒート ポンプおよびマルチ ヒート ポンプ技術は、オープン ヒート ポンプです。蒸留塔の精留セクションからの混合物を、熱交換器に設置された蒸留塔の蒸留セクションで圧縮した後、ヒートポンプコンプレッサーに導きます。一方、蒸留塔に落ちる液体の混合物は、蒸留塔内の液体とそれ自体の液化は、減圧後に還流液として蒸留塔の蒸留セクションに送られます。シングルヒートポンプおよびマルチヒートポンプ技術は、従来の蒸留分離プロセスの省エネ変革だけでなく、ヒートポンプ蒸留プロセスの省エネ変革にも適しています。したがって、その使用は最も広く、最も一般的です。蒸留分離プロセスでヒートポンプ技術を使用する 3 番目の方法は、シングルヒートポンプおよびマルチヒートポンプ蒸留技術における、いわゆるオープンヒートポンプ蒸留プロセス、いわゆる自己加熱蒸留プロセスです。シングルヒートポンプとマルチヒートポンプの作動媒体は、蒸留原料と低沸点成分をヒートポンプの循環作動媒体として使用すると、蒸留プロセスの中間生成物になります。実現可能な3つのオープンヒートポンプ蒸留プロセス。そのうち2つのオープンヒートポンプ蒸留プロセスは、精留原料を循環作動媒体として、それぞれ単一の純成分を製造するオープンヒートポンプ蒸留単塔プロセスとオープンヒートポンプ蒸留プロセスです。 2つの成分の完全な分離を実現できるポンプ蒸留2塔プロセス。循環作動媒体の低沸点純粋組成を使用する別のオープンヒートポンプ精留単塔プロセス。もちろん、オープンヒートポンプ蒸留プロセスは無制限ではありません。通常の状況下では、二成分混合物の沸点が室温以下である場合にのみ適していますが、この場合に限り、蒸留混合物と低沸点蒸留純粋成分は室温で気体となり、室温での圧縮に適しています。第二に、この場合、ヒートポンプの使用に加えて、蒸留分離の工業的操作を達成する実現可能な方法はありません。これは、ある程度涼山です。オープンヒートポンプ蒸留プロセスにおける非常に重要な問題は、冷却能力のバランスをどのように達成するかです。これは実際に極低温空気分離の場合に当てはまります。

The technology of using the different boiling points and relative volatility of components to achieve the separation of different substances has had a preliminary development in the handicraft era, which is the so-called distillation condensation separation technology. In fact, the so-called distillation technology is the special case that there is no distillation section in the…

精製製品圧力システムに加えて、極低温空気分離装置は、コア部分を 2 つの大きな部分に分けることができ、1 つは圧縮機熱交換器と膨張機を含む冷凍、もう 1 つは空気蒸留分離です。コンプレッサー熱交換器蒸留塔。もちろん、極低温空気分離装置の冷却部分と空気整流部分は完全に結合されています。地球環境には空気を液化できる条件が存在しないため、冷凍による空気液化の実現が極低温空気分離の前提条件となっています。熱力学には 2 種類の冷凍方法があります。1 つはヒート ポンプ方法です。いわゆるヒート ポンプは、熱力学の第 2 法則を利用するものです。つまり、入力仕事を通じて周囲よりも低い温度から熱を生成します。物体の温度が環境のより高い温度に向かうにつれて、物体の温度はどんどん低くなり、空調は日常生活の例でのヒートポンプの使用であり、深冷空気蒸留分離におけるヒートポンプも非常に優れています。重要なアプリケーション。これは極低温空気分離技術コミュニティではまだ知られていないため、空気蒸留分離の際にこの点について詳しく説明します。もう 1 つの冷凍方法は、いわゆる膨張法です。これは、熱力学の第一法則を応用したもので、具体的には等温エンタルピーの差を利用して冷却を実現します。いわゆる等温エンタルピーの差は、実際には、同じ温度での空気圧力が高いほど、調理値が低くなります。たとえば、空気を非常に高圧に加圧し、その後周囲温度まで冷却すると、圧力空気の断熱膨張が起こります。外部から作動するかどうかに関係なく、膨張した空気の温度は周囲温度よりも低下し、冷却が達成されます。もちろん、断熱膨張後の空気の温度低下には限界があり、一度に空気の液化を達成することはできませんが、膨張後の低温の空気と熱交換器を介した圧力空気を熱交換に使用することができ、数回の熱交換後に空気の液化を達成することができます。