ระบบแยกและฟอกอากาศ

สำหรับบุคลากรด้านเทคนิคเคมีที่มีความรู้ด้านเคมีและวิศวกรรมเคมี สิ่งที่ท้าทายที่สุดในการเรียนรู้เทคโนโลยีการแยกอากาศคือการทำความเข้าใจความจุความเย็น ความสมดุลของความจุความเย็น และการทำความเย็น ความร้อนเป็นแนวคิดพื้นฐานในอุณหพลศาสตร์เคมี และสมดุลความร้อนเป็นความรู้สำคัญที่ต้องฝึกฝนให้เข้าใจถึงอุณหพลศาสตร์ อย่างไรก็ตาม แนวคิดเรื่องปริมาณเย็นเป็นเรื่องยากที่จะเข้าใจ เนื่องจากไม่มีคำจำกัดความที่ถูกต้องแม่นยำในตำราเรียนเกี่ยวกับการแยกอากาศด้วยความเย็นจัด อุปสรรคนี้ขัดขวางความก้าวหน้าของฉันในการทำความเข้าใจการแยกอากาศด้วยความเย็น เนื่องจากฉันไม่สามารถเข้าใจแนวคิดเรื่องความจุความเย็นได้ทั้งหมด ด้วยเหตุนี้ ฉันจึงต้องเริ่มต้นด้วยการศึกษาความสมดุลของความจุความเย็นซ้ำๆ ซ้ำๆ ในตำราเรียนการแยกอากาศแบบแช่แข็งและการคำนวณกำลัง แต่ก็ยังไม่พบการกล่าวถึงหรือคำอธิบายเกี่ยวกับความจุความเย็น แต่กลับมีเพียงค่าเอนทาลปีเท่านั้นที่มอบให้พร้อมกับการดำเนินการทางคณิตศาสตร์ต่างๆ เช่น การบวก การลบ การคูณ และการหารที่เกี่ยวข้องกับการคำนวณงาน ทันใดนั้นฉันก็นึกขึ้นมาได้ว่าสิ่งที่เรียกว่า “สมดุลความจุความเย็น” นี้จริงๆ แล้วหมายถึงสมดุลความร้อน แม้ว่าจะเป็นรูปแบบพิเศษก็ตาม อะไรทำให้ที่นี่พิเศษ? มันจำเป็นต้องมีผลผลิตของเหลวเพื่อการดำรงอยู่ของมัน หากไม่มีของเหลวออกมา ระบบที่ไม่สมดุลจะไม่สามารถรักษาความสามารถในการทำความเย็นได้ (เช่น ความจุความเย็น) ด้วยการตระหนักรู้นี้ทำให้เกิดความเข้าใจว่าไม่มีการอ้างอิงโดยตรงหรือร่องรอยของ “ปริมาณความเย็น” ภายในบริบทของการบรรลุความสมดุลผ่านการปรับสมดุลความสามารถในการทำความเย็น (นั่นคือ การรักษาปริมาณของเหลวที่ปล่อยออกมาให้เพียงพอ) ต่อจากนี้ไปก็เกิดคำถาม: เราจะให้คำจำกัดความที่ถูกต้องสำหรับ “ปริมาณเย็น” ได้อย่างไร

หลังจากการบีบอัดอุณหภูมิความร้อนของอากาศ อากาศของเหลวจะถูกผลิตโดยปั๊มความร้อนแบบเปิดและกระบวนการทำให้เป็นของเหลวในการทำความเย็นแบบขยาย หลังจากการบีบอัดอุณหภูมิความร้อนของอากาศ อากาศของเหลวสามารถผลิตได้โดยปั๊มความร้อนแบบเปิดและกระบวนการทำให้เป็นของเหลวด้วยผลต่างเอนทาลปีของอุณหภูมิความร้อน ไม่ว่าจะเป็นการทำความเย็นด้วยกลไกการขยายตัวหรือการทำความเย็นด้วยความแตกต่างเอนทาลปีของอุณหภูมิความร้อน เพื่อให้ได้อากาศของเหลว ส่วนหนึ่งของความดันอากาศเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการทำให้เป็นของเหลว และส่วนที่เหลือของกลไกการขยายตัวของอากาศความดันจะเย็นลงหรือการบีบอัดการบีบอัดเพื่อสร้างอุณหภูมิลดลง (คืออุณหภูมิที่ลดลง ไม่ใช่การลดลงของเอนทาลปี การลดลงของเอนทัลปีการระบายความร้อนด้วยการขยายตัวเท่ากับงานเอาท์พุต การขยายตัวแบบควบคุมปริมาณเป็นกระบวนการเอนทัลปีไอโซเทอร์มอลแบบอะเดียแบติก ทำให้เกิดอุณหภูมิลดลง แต่ไม่มีเอนทาลปีลดลง) การถ่ายเทความร้อนแบบไหลย้อนกลับและความดันอากาศจะทำให้อากาศความดันเป็นของเหลวและเย็นลงเป็นพิเศษ และการบีบอัดแบบควบคุมปริมาณอากาศเหลวจะระเหยไปบางส่วน (การบีบอัดแบบควบคุมปริมาณของเหลวยังเป็นกระบวนการเอนทัลปีไอโซเทอร์มอลแบบอะเดียแบติก อุณหภูมิจะลดลงหลังจากการบีบอัดแบบควบคุมปริมาณ แต่ไม่ลวก ดังนั้น จำเป็นต้องทำให้กลายเป็นไอบางส่วน การใช้เครื่องขยายของเหลวจะมีเอนทาลปีลดลงเล็กน้อย (งานส่งออกของตัวขยายของเหลว) เพื่อลดปริมาณของการแปรสภาพเป็นแก๊ส สามารถลดความดัน อัตราก๊าซลดความดันของเหลวที่อุณหภูมิของเหลว เพื่อปรับปรุงการขยายตัวของปั๊มความร้อนแบบเปิด ประสิทธิภาพการทำให้เป็นของเหลวของเครื่องทำความเย็น แต่เมื่อเทียบกับการลดความดันเค้นไม่มาก เพียง 3% -5% ที่นี่ 3% -5% หมายถึงประสิทธิภาพการใช้พลังงานอย่างมีประสิทธิภาพของเครื่องทำความเย็น นั่นคือแนวทางทางเทคนิคการวิเคราะห์ประสิทธิภาพพลังงานอย่างมีประสิทธิภาพของระบบพลังงาน เป้าหมายช่องว่างประสิทธิภาพพลังงานที่มีประสิทธิภาพมากกว่ากระบวนการประหยัดพลังงานอย่างมีประสิทธิภาพ กระบวนการบีบอัดประสิทธิภาพการใช้พลังงานอย่างมีประสิทธิภาพเป็นศูนย์และตัวขยายของเหลวจะประมวลผลประสิทธิภาพพลังงานอย่างมีประสิทธิภาพนั่นคือประสิทธิภาพอะเดียแบติกประมาณ 70%) และในที่สุดของเหลว จะได้อากาศที่ความดันบรรยากาศ ในความเป็นจริง กระบวนการนี้ประกอบด้วยสองกระบวนการของความแตกต่างของเอนทาลปีไอโซเทอร์มอล การทำความเย็นแบบขยาย และการทำให้เป็นของเหลวของปั๊มความร้อนแบบเปิด อากาศของเหลวที่ก่อตัวขึ้นนั้นแท้จริงแล้วเป็นตัวพาของความจุความเย็นและพลังงานความเย็น จากการวิเคราะห์หลักการ เป็นแผนกระบวนการปั๊มความร้อนแบบเปิดและกระบวนการทำให้เป็นของเหลวด้วยเครื่องทำความเย็นแบบขยาย โดยอากาศที่มีแรงดันไหลเชิงบวกที่ใช้สำหรับการทำเป็นของเหลวจะเป็นปั๊มความร้อนแบบเปิดที่มีอากาศเป็นตัวกลางในการหมุนเวียน และอากาศที่มีแรงดันไหลเชิงบวกที่ใช้สำหรับเครื่องทำความเย็นแบบขยาย เป็นสื่อกลางทำงานหมุนเวียนของการทำความเย็นแบบขยาย และการทำความเย็นแบบขยายด้วยอากาศเนื่องจากสื่อทำงานหมุนเวียนสร้างความจุเย็นและพลังงานเย็น ปั๊มความร้อนแบบเปิดที่มีอากาศเป็นสื่อหมุนเวียนในการทำงานจะดูดซับพลังงานเย็นที่สร้างขึ้นโดยการขยายตัวทำความเย็นและตระหนักถึงการทำให้เป็นของเหลว การบีบอัดอากาศของเหลวที่ควบคุมการบีบอัดหลังจากการทำให้กลายเป็นของเหลว…

เพื่อให้ทุกคนเข้าใจได้ง่าย ฉันจะอธิบายเพิ่มเติม ก่อนอื่น ผมจะอธิบายแนวคิดเรื่องสิ่งแวดล้อม ซึ่งเป็นแนวคิดที่สำคัญมากในอุณหพลศาสตร์ แนวคิดหลักของกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์คือพลังงานที่มีประสิทธิภาพ และพลังงานที่มีประสิทธิภาพมีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับสิ่งแวดล้อม สภาพแวดล้อมที่เกี่ยวข้องกับเรามากที่สุดคือสภาพแวดล้อมในชั้นบรรยากาศของโลก แน่นอนว่าสภาพแวดล้อมในชั้นบรรยากาศของโลกไม่สม่ำเสมอ แต่ช่วงของการเปลี่ยนแปลงไม่ใหญ่เกินไป สถานะของบรรยากาศคือความกดดันของบรรยากาศหนึ่ง อุณหภูมิ 25 องศา องค์ประกอบของอากาศมีออกซิเจนประมาณ 21 เปอร์เซ็นต์ ไนโตรเจนประมาณ 78 เปอร์เซ็นต์ และอาร์กอนประมาณ 1 เปอร์เซ็นต์! นี่เป็นคำอธิบายง่ายๆ เกี่ยวกับสภาวะพื้นฐานของสภาพแวดล้อม โดยที่พลังงานที่มีประสิทธิผลเท่ากับคาราดะจัง ความร้อนเท่ากับศูนย์ และความเย็นเท่ากับศูนย์ ระบบใดก็ตามที่เบี่ยงเบนไปจากสภาวะแวดล้อมจะมีพลังงานที่มีประสิทธิภาพ ซึ่งเป็นเหตุผลพื้นฐานว่าทำไมจึงต้องใช้พลังงานที่มีประสิทธิภาพเพื่อผลิตออกซิเจนและไนโตรเจน!

เนื้อหาของส่วนการแยกการกลั่นในหนังสือเรียนการแยกอากาศด้วยความเย็นเยือกแข็งมีอะไรบ้าง ประการแรก การกลั่นด้วยของเหลวและอากาศซ้ำหลายครั้งทำให้เกิดคำอธิบายของออกซิเจนบริสุทธิ์ ซึ่งเป็นของยุคก่อนประวัติศาสตร์ของเทคโนโลยีการแก้ไข ซึ่งเป็นเทคโนโลยีชั้นสูงแห่งยุคหัตถกรรม ซึ่งใช้ในการผลิตสินค้าฟุ่มเฟือย เช่น แอลกอฮอล์และน้ำหอมในปริมาณสูง กระบวนการกลั่นของเหลวและอากาศที่อธิบายไว้ในหนังสือเรียนเพื่อให้ได้ออกซิเจนบริสุทธิ์นั้นเป็นไปไม่ได้ในความเป็นจริง มันเป็นเพียงการทดลองทางความคิดในจินตนาการ แน่นอนว่าตำราเรียนยังให้การคำนวณทฤษฎีการกลั่นอย่างง่าย ๆ อีกด้วย แต่มันเป็นเพียงผิวเผินมากและมีข้อผิดพลาดมากมาย ไม่มีแม้แต่คำจำกัดความและการคำนวณอัตราส่วนกรดไหลย้อนที่แท้จริง (อัตราส่วนก๊าซเหลวไหลย้อนในส่วนการแก้ไข และอัตราส่วนก๊าซกรดไหลย้อนในส่วนการสกัด) และอัตราส่วนกรดไหลย้อนขั้นต่ำ โดยที่การคำนวณการแก้ไขเป็นไปไม่ได้ ( การใช้ซอฟต์แวร์คำนวณเป็นอีกเรื่องหนึ่ง) มันไม่ได้สะท้อนให้เห็นถึงการพัฒนาของทฤษฎีและการปฏิบัติการกลั่นเลย นับประสาอะไรกับทฤษฎีและเทคโนโลยีการกลั่นที่ล้ำสมัยที่สุด ซึ่งไม่สอดคล้องกับตำแหน่งของการแยกการกลั่นในแกนทางเทคนิคของการแยกอากาศแบบไครโอสเฟียร์โดยสิ้นเชิง และปริมาณความร้อน การกลั่นด้วยปั๊มหายไปในตำราเรียน และการกลั่นด้วยปั๊มความร้อนเป็นทิศทางเทคโนโลยีประหยัดพลังงานที่สำคัญที่สุดของการกลั่นสมัยใหม่ และความสำคัญอย่างยิ่งยวดของการประหยัดพลังงานสำหรับเทคโนโลยีการแยกอากาศแบบแช่แข็งเป็นที่เข้าใจกันดีว่าเหตุใดจึงเกิดเหตุการณ์เช่นนี้ เทคโนโลยีการกลั่นมีประสบการณ์ด้านการกลั่นและการควบแน่นในยุคอุตสาหกรรม การกลั่นแบบดั้งเดิมและการกลั่นแบบดับเบิ้ลเอฟเฟกต์ในยุคอุตสาหกรรม การกลั่นแบบหลายเอฟเฟกต์ (ใช้ได้เฉพาะกับกระบวนการกลั่นที่มีจุดเดือดสูงกว่าอุณหภูมิแวดล้อมเท่านั้น) ความร้อนเดี่ยวสมัยใหม่ การกลั่นด้วยปั๊มและปั๊มความร้อนหลายระดับและการกลั่นด้วยความร้อนในตัวอย่างสมบูรณ์โดยเปิดการกลั่นด้วยปั๊มความร้อน (ไม่เพียงใช้ได้กับกระบวนการกลั่นที่มีจุดเดือดสูงกว่าอุณหภูมิแวดล้อมเท่านั้น แต่ยังใช้ได้กับกระบวนการกลั่นที่มีจุดเดือดต่ำกว่าอุณหภูมิแวดล้อมรวมถึงการแยกอากาศด้วย การกลั่น) ซึ่งเทคโนโลยีการกลั่นแบ่งออกเป็นการกลั่นแบบธรรมดามาตรฐาน (การกลั่นแบบเอฟเฟกต์เดี่ยว) การกลั่นแบบเอฟเฟกต์คู่ และการกลั่นแบบหลายเอฟเฟกต์ การกลั่นด้วยปั๊มความร้อนเดี่ยวและการกลั่นด้วยปั๊มความร้อนหลายรูปแบบและการกลั่นด้วยความร้อนด้วยตนเองโดยสมบูรณ์เป็นกระบวนการปั๊มความร้อนแบบเปิด ซึ่งการกลั่นแบบเอฟเฟกต์สองครั้งและการกลั่นแบบหลายเอฟเฟกต์สอดคล้องกับเทคโนโลยีการกลั่นด้วยปั๊มความร้อนเดี่ยวและเทคโนโลยีการกลั่นด้วยปั๊มความร้อนหลายรูปแบบในการแก้ไข พวกเขาเป็นการทดแทนและยกระดับความสัมพันธ์ของกันและกัน ความแตกต่างระหว่างพวกเขาคือแหล่งพลังงานของการกลั่นแบบเอฟเฟกต์สองเท่าและแบบหลายเอฟเฟกต์คือไอน้ำ ซึ่งเป็นหอเรียงกระแสสองหอและหอเรียงกระแสหลายหอภายใต้แรงกดดันที่แตกต่างกัน แหล่งพลังงานหลักสำหรับการกลั่นด้วยปั๊มความร้อนเดี่ยวและการกลั่นด้วยปั๊มความร้อนหลายตัวคืองานอัดแก๊สของผลิตภัณฑ์ขั้นกลางของวัตถุดิบการกลั่นและผลิตภัณฑ์กลั่น (งานปั๊มความร้อนหมุนเวียนงานอัดตัวกลาง) และปั๊มความร้อนเดี่ยวและหลาย -การกลั่นด้วยปั๊มความร้อนคือการบรรลุการแยกการกลั่นของระบบไบนารี่ในหอกลั่นแบบขั้นตอนเดียว! การกลั่นแบบ Double-Effect และการกลั่นแบบ Multi-Effect และการกลั่นด้วยปั๊มความร้อนเดี่ยวและการกลั่นด้วยปั๊มความร้อนหลายแบบจะถูกแทนที่และอัปเกรดแทนที่จะมีอยู่ร่วมกัน…

เราแนะนำอุปกรณ์ทีละชิ้นตามกระบวนการของระบบแยกอากาศ: ระบบอัด (1) ตัวกรองทำความสะอาดตัวเองโดยทั่วไปเมื่อมีปริมาณก๊าซเพิ่มขึ้น จำนวนกระบอกกรองเพิ่มขึ้น จำนวนชั้นจะสูงขึ้น โดยทั่วไป มากกว่า 25,000 ชั้นสองชั้นเกรด 60,000 ชั้นสามชั้นจัดเรียง; โดยทั่วไป คอมเพรสเซอร์ตัวเดียวจะต้องมีตัวกรองแยกต่างหากที่ช่องระบายอากาศด้านบน (2) การลงทุนอุปกรณ์แยกอากาศขนาดใหญ่ทั่วไปของเครื่องอัดอากาศคือคอมเพรสเซอร์แบบแรงเหวี่ยงไอโซเทอร์มอลแกนเดียว การใช้พลังงานที่นำเข้าต่ำกว่าในประเทศประมาณ 2% การลงทุนสูงกว่า 80% เครื่องอัดอากาศใช้ช่องระบายอากาศที่ไม่ได้ตั้งค่าท่อส่งกลับ โดยทั่วไปมีข้อกำหนดการป้องกันไฟกระชากอัตราการดูดขั้นต่ำ ใบพัดทางเข้าใช้สำหรับควบคุมการไหล และหน่วยภายในประเทศที่นำเข้ามีการบีบอัดสี่ขั้นตอนและสามขั้นตอน ระบายความร้อน (ขั้นตอนสุดท้ายไม่ระบายความร้อน) เครื่องอัดอากาศหลักมีระบบล้างน้ำเพื่อล้างตะกอนพื้นผิวของใบพัดและก้นหอยทุกระดับ ระบบบรรจุด้วยเครื่องยนต์หลัก (3) โดยทั่วไปเครื่องอัดแก๊สของเครื่องมือมีสามรูปแบบ: เครื่องสกรูไร้น้ำมัน, ลูกสูบและแรงเหวี่ยง เนื่องจากประเภทลูกสูบและแบบหมุนเหวี่ยงนั้นปราศจากน้ำมันโดยธรรมชาติ จึงไม่จำเป็นต้องมีอุปกรณ์กำจัดน้ำมัน จึงต้องใช้เพียงอุปกรณ์ทำให้แห้ง (กำจัดน้ำ) และตัวกรองที่มีความแม่นยำ (กำจัดอนุภาคของแข็ง) เท่านั้น โดยทั่วไปแล้วเครื่องสกรูจะมีน้ำมันและน้ำมัน จากนั้นจึงกำจัดน้ำมันออก 2 เครื่อง สกรูฉีดน้ำมันจำเป็นต้องตั้งค่าอุปกรณ์กำจัดน้ำมัน และจำเป็นต้องตั้งค่าตัวกรองการกำจัดน้ำมันที่มีความแม่นยำสูงมากเพื่อตอบสนองความต้องการของกระบวนการ ข้อดีของรุ่นนี้คือราคาถูกกว่า สกรูไร้น้ำมันใช้โรเตอร์แห้งหรือแบบน้ำหล่อลื่น ข้อดีของรุ่นนี้คือ ไร้น้ำมันอย่างแน่นอน ข้อเสียคือ ราคาแพงกว่า ความจุก๊าซต่ำกว่า 500Nm3/h เหมาะสำหรับประเภทลูกสูบ ความจุก๊าซต่ำกว่า…

คำจำกัดความของความร้อนนั้นชัดเจนและแม่นยำ ในขณะที่แนวคิดของความเย็นขาดคำจำกัดความที่ถูกต้อง แม้ว่าสิ่งนี้จะไม่ส่งผลกระทบต่อการคำนวณของเราที่เรียกว่าสมดุลความเย็น (ซึ่งโดยพื้นฐานแล้วคือสมดุลความร้อน) แต่ก็น่าเสียดายที่แนวคิดเรื่องความเย็นควรเป็นแนวคิดที่สอดคล้องกันและตรงกันข้ามกับความร้อนอย่างไม่ต้องสงสัย หากไม่สามารถสะท้อนถึงคุณลักษณะที่ค่อนข้างขัดแย้งกันเหล่านี้ได้ ก็ถือว่าไม่สมบูรณ์แบบ ร้อนและเย็นเป็นการแสดงออกของการเคลื่อนที่ของโมเลกุลในกระบวนการสมดุลความร้อน โดยที่อุณหภูมิศูนย์สัมบูรณ์ โมเลกุลจะอยู่นิ่งโดยสมบูรณ์โดยมีเอนทาลปีเป็นศูนย์ และไม่มีการถ่ายเทความร้อนเกิดขึ้น ตามความเข้าใจนี้ ไม่ว่าวัตถุจะร้อนหรือเย็นก็ขึ้นอยู่กับว่าค่าเอนทาลปีของวัตถุนั้นเกินศูนย์หรือไม่ จึงอธิบายได้ว่าทำไมสิ่งที่เรียกว่าสมดุลความเย็นจึงเป็นสมดุลความร้อนจริงๆ ความร้อนยังสามารถกำหนดเป็นเอนทาลปีสัมพัทธ์ ซึ่งแตกต่างจากเอนทาลปีสัมบูรณ์ในแง่ของการเลือกจุดอ้างอิง เอนทาลปีสัมบูรณ์ใช้ศูนย์สัมบูรณ์เป็นจุดอ้างอิง ในขณะที่เอนทัลปีสัมพัทธ์สามารถใช้อุณหภูมิใดๆ เป็นจุดอ้างอิงในทางทฤษฎีได้ โดยทั่วไปจะใช้อุณหภูมิโดยรอบเป็นจุดอ้างอิง วัตถุที่อยู่เหนืออุณหภูมิแวดล้อมจะถือว่าร้อนโดยมีค่าเอนทาลปีสัมพัทธ์บวกซึ่งบ่งชี้ถึงความร้อนที่เพิ่มขึ้น ในขณะที่วัตถุที่อยู่ต่ำกว่าอุณหภูมิแวดล้อมจะถือว่าเย็น โดยค่าเอนทัลปีเป็นลบบ่งบอกถึงการสูญเสียความร้อน จากความเข้าใจนี้ เราสามารถให้คำจำกัดความที่ชัดเจนสำหรับความสามารถในการทำความเย็นได้ โดยหมายถึงปริมาณความร้อนที่ต้องใช้ในการเพิ่มอุณหภูมิของวัตถุจากด้านล่างโดยรอบไปสู่ระดับโดยรอบ ซึ่งแสดงถึงปริมาณ “ความเย็น” ที่วัตถุนั้นครอบครอง ดังนั้น หากไม่ได้อธิบายคำจำกัดความของสภาพแวดล้อมและความสามารถในการทำความเย็นในหนังสือเรียนเกี่ยวกับการแยกอากาศแบบไครโอเจนิกส์เสียก่อน การทำความเข้าใจแนวคิดที่เกี่ยวข้องกับความสมดุลของปริมาตรการทำความเย็นจึงกลายเป็นเรื่องที่ท้าทายและเป็นนามธรรม