ระบบแยกและฟอกอากาศ

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…

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

เทคโนโลยีการกลั่นเป็นเทคโนโลยีที่สำคัญที่สุดในการแยกส่วนผสมโดยใช้จุดเดือดที่แตกต่างกันของแต่ละส่วนประกอบในส่วนผสม จุดเดือดของส่วนประกอบแต่ละชนิดแตกต่างกัน เมื่ออยู่ในสถานะอยู่ร่วมกันระหว่างก๊าซและของเหลว ส่วนประกอบที่มีจุดเดือดต่ำจะมีความผันผวนค่อนข้างมาก ดังนั้นสัดส่วนสัมพัทธ์ของส่วนประกอบที่มีจุดเดือดต่ำในเฟสก๊าซจึงสูงกว่าส่วนประกอบที่มีจุดเดือดต่ำใน เฟสของเหลว คุณสมบัติของสารผสมไบนารีนี้สามารถใช้เพื่อแยกสารผสมไบนารีได้อย่างสมบูรณ์โดยการกลั่น กระบวนการแยกการกลั่นแบบผสมไบนารีประกอบด้วยอุปกรณ์มาตรฐานดังต่อไปนี้ หนึ่งคือการกลั่นการขนส่งวัตถุดิบ (ส่วนผสมไบนารี) หากจุดเดือดของส่วนผสมไบนารี่ที่อุณหภูมิห้อง (อุณหภูมิแวดล้อม) ด้านล่าง ส่วนผสมไบนารี่ที่อุณหภูมิห้อง อุปกรณ์การขนส่งก๊าซ เป็นคอมเพรสเซอร์ หากจุดเดือดของส่วนผสมไบนารี่สูงกว่าอุณหภูมิห้อง อุปกรณ์ขนส่งของเหลวที่อุณหภูมิห้องจะเป็นปั๊ม ประการที่สองคือการแลกเปลี่ยนความร้อนของส่วนผสมไบนารีของวัตถุดิบการกลั่นและผลิตภัณฑ์แยกการกลั่น และเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนนี้สามารถเรียกได้ว่าเป็นตัวแลกเปลี่ยนความร้อนหลัก หน้าที่หลักคือผ่านการแลกเปลี่ยนความร้อนของวัตถุดิบการกลั่นและผลิตภัณฑ์แยกการกลั่น ในด้านหนึ่ง วัตถุดิบการกลั่นหลังจากการแลกเปลี่ยนความร้อนเข้าสู่ตรงกลางของคอลัมน์เรียงกระแสในสถานะใกล้กับการอยู่ร่วมกันของก๊าซและของเหลว ในทางกลับกัน อุณหภูมิของผลิตภัณฑ์การแยกการกลั่นหลังการแลกเปลี่ยนความร้อนใกล้เคียงกับอุณหภูมิปกติสำหรับการจัดเก็บและการขนส่ง แน่นอนว่าการแลกเปลี่ยนความร้อนของวัตถุดิบการกลั่นและผลิตภัณฑ์การแยกการกลั่นยังช่วยลดการใช้พลังงานของกระบวนการแยกการกลั่นอีกด้วย คอลัมน์ที่สามคือคอลัมน์การกลั่นซึ่งเป็นส่วนหลักของกระบวนการแยกการกลั่น และการแยกการกลั่นของส่วนผสมไบนารีจะเกิดขึ้นในคอลัมน์การกลั่น ประกอบด้วยสามส่วน โดยส่วนหนึ่งตั้งอยู่ที่ด้านบนของคอนเดนเซอร์คอลัมน์การกลั่น ผ่านทางน้ำหล่อเย็นเพื่อให้ความสามารถในการทำความเย็นเพื่อควบแน่นส่วนประกอบที่มีจุดเดือดต่ำในคอลัมน์การกลั่นให้เป็นสถานะของเหลวเป็นของเหลวไหลย้อนของคอลัมน์การกลั่น อย่างที่สองคือหม้อต้มซ้ำที่ตั้งไว้ที่ด้านล่างของคอลัมน์เรียงกระแส ซึ่งให้ความร้อนผ่านไอน้ำเพื่อระเหยและทำให้ส่วนประกอบที่มีจุดเดือดสูงที่ด้านล่างของคอลัมน์เรียงกระแสกลายเป็นก๊าซกลั่น ส่วนที่สามคือตัวคอลัมน์การกลั่นซึ่งเป็นภาชนะรับความดันทรงกระบอกที่มีถาดหรือบรรจุภัณฑ์อยู่ตรงกลาง บทบาทของถาดและการบรรจุคือการเสริมมวลและการถ่ายเทความร้อนเพื่อให้สามารถแยกการกลั่นได้ เพื่อให้สามารถแยกส่วนประกอบบริสุทธิ์ที่มีจุดเดือดต่ำและส่วนประกอบบริสุทธิ์ที่มีจุดเดือดสูงออกจากด้านบนและด้านล่างของคอลัมน์เรียงกระแส การกลั่นเป็นการทำงานของหน่วยเคมีขั้นพื้นฐาน เป็นกระบวนการทางกายภาพล้วนๆ ไม่ใช่เรื่องลึกลับ! ดังที่เห็นได้จากคำอธิบายข้างต้น โดยทั่วไปความร้อนที่ป้อนเข้าจากไอน้ำหม้อต้มซ้ำจะถูกนำออกไปโดยน้ำหล่อเย็นของคอนเดนเซอร์! ดังนั้นกระบวนการแยกการกลั่นจึงไม่ใช้ความร้อนจริง แต่จะสิ้นเปลืองพลังงานอย่างมีประสิทธิผลที่เกิดจากความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างความร้อนอินพุตของหม้อต้มซ้ำและความร้อนเอาท์พุตของคอนเดนเซอร์ ซึ่งวางรากฐานที่สำคัญที่สุดสำหรับเทคโนโลยีปั๊มความร้อน ใช้กันอย่างแพร่หลายในกระบวนการแยกการกลั่นและกลายเป็นเทคโนโลยีประหยัดพลังงานที่สำคัญที่สุดในกระบวนการแยกการกลั่น การประยุกต์ใช้เทคโนโลยีปั๊มความร้อนขั้นพื้นฐานที่สุดในกระบวนการแยกการกลั่นคือการใช้ปั๊มความร้อนแบบปิดแทนไอน้ำและน้ำหล่อเย็นเพื่อให้ความร้อนแก่หม้อต้มซ้ำและปล่อยความร้อนออกจากคอนเดนเซอร์ การใช้งานขั้นพื้นฐานที่สุดนี้ไม่ได้เปลี่ยนอุปกรณ์ของคอลัมน์การกลั่นและพารามิเตอร์ในคอลัมน์การกลั่น และยังคงเป็นกระบวนการแยกการกลั่นแบบคอลัมน์เดียวมาตรฐานสำหรับกระบวนการแยกการกลั่นของสารผสมไบนารี แม้ว่าการใช้ปั๊มความร้อนแบบปิดแทนไอน้ำและน้ำหล่อเย็นเป็นวิธีพื้นฐานที่สุดของเทคโนโลยีปั๊มความร้อนที่ใช้ในกระบวนการแยกการกลั่น แต่ก็ไม่ใช่เรื่องปกติในกระบวนการแยกการกลั่นจริง! เหตุผลมีดังนี้: ประการแรก ปั๊มความร้อนแบบปิดเหมาะสำหรับส่วนผสมไบนารีของจุดเดือดของส่วนประกอบที่มีจุดเดือดสูงและส่วนประกอบที่มีจุดเดือดต่ำ ช่องว่างของจุดเดือดไม่ใหญ่เกินไป ช่องว่างของจุดเดือดมีขนาดใหญ่เกินไป…

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!

อุปกรณ์แยกอากาศแบบไครโอเจนิก นอกเหนือจากระบบความดันผลิตภัณฑ์บริสุทธิ์ ส่วนหลักสามารถแบ่งออกเป็นสองชิ้นใหญ่ ซึ่งหนึ่งในนั้นคือการทำความเย็น รวมถึงเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนของคอมเพรสเซอร์และเครื่องขยาย ส่วนอีกส่วนหนึ่งคือการแยกการกลั่นด้วยอากาศ รวมถึง หอกลั่นเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนของคอมเพรสเซอร์ แน่นอนว่าส่วนทำความเย็นและส่วนแก้ไขอากาศของอุปกรณ์แยกอากาศแบบไครโอเจนิกจะรวมกันเข้าด้วยกันอย่างสมบูรณ์ เนื่องจากไม่มีเงื่อนไขในสภาพแวดล้อมของโลกที่สามารถทำให้อากาศกลายเป็นของเหลวได้ การทำให้อากาศกลายเป็นของเหลวผ่านการทำความเย็นจึงกลายเป็นข้อกำหนดเบื้องต้นสำหรับการแยกอากาศด้วยความเย็นจัด วิธีการทำความเย็นในอุณหพลศาสตร์มี 2 วิธี วิธีหนึ่งคือวิธีปั๊มความร้อน หรือที่เรียกว่าปั๊มความร้อนคือการใช้กฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์ กล่าวคือ ผ่านงานอินพุตเพื่อให้ความร้อนจากอุณหภูมิต่ำกว่าอุณหภูมิโดยรอบ อุณหภูมิของวัตถุไปจนถึงอุณหภูมิที่สูงขึ้นของสิ่งแวดล้อมที่ส่งออก เพื่อให้อุณหภูมิของวัตถุลดลงเรื่อยๆ เครื่องปรับอากาศคือการใช้ปั๊มความร้อนในชีวิตประจำวัน ตัวอย่าง ปั๊มความร้อนในการแยกการกลั่นด้วยอากาศเย็นลึกยังมีอย่างมาก แอปพลิเคชันที่สำคัญ ชุมชนเทคโนโลยีการแยกอากาศแบบแช่แข็งยังไม่ทราบเรื่องนี้ และฉันจะหารือประเด็นนี้โดยละเอียดเมื่อแยกการกลั่นด้วยอากาศ วิธีการทำความเย็นอีกวิธีหนึ่งคือสิ่งที่เรียกว่าวิธีการขยายตัว ซึ่งเป็นการนำกฎข้อแรกของอุณหพลศาสตร์มาใช้ โดยเฉพาะการใช้ความแตกต่างเอนทาลปีไอโซเทอร์มอลเพื่อให้เกิดการทำความเย็น สิ่งที่เรียกว่าความแตกต่างของเอนทาลปีไอโซเทอร์มอลนั้นแท้จริงแล้วยิ่งความดันอากาศที่อุณหภูมิเดียวกันสูงขึ้น ค่าการปรุงอาหารก็จะยิ่งต่ำลง เช่น การอัดอากาศให้มีความดันสูงมาก แล้วทำให้เย็นลงจนถึงอุณหภูมิโดยรอบ จากนั้นแรงดันอากาศจะขยายตัวแบบอะเดียแบติก ไม่ว่าจะทำงานภายนอกหรือไม่ก็ตาม อุณหภูมิอากาศที่ขยายตัวจะลดลงต่ำกว่าอุณหภูมิแวดล้อม จึงทำให้เกิดการทำความเย็น แน่นอนว่าอุณหภูมิอากาศที่ลดลงหลังจากการขยายตัวแบบอะเดียแบติกนั้นมีจำกัด และไม่สามารถทำให้เกิดปฏิกิริยาเหลวในอากาศได้ในคราวเดียว แต่คุณสามารถใช้อากาศอุณหภูมิต่ำหลังจากการขยายตัวและความดันอากาศผ่านตัวแลกเปลี่ยนความร้อนเพื่อแลกเปลี่ยนความร้อน ดังนั้นหลังจากผ่านไปหลาย ๆ รอบ อากาศที่ขยายตัวจะต่ำกว่าจุดเดือดของความดันอากาศ เพื่อให้อากาศกลายเป็นของเหลว!