ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Получение кислорода из воздуха из "Оборудование и технология газовой сварки и резки " Получение кислорода из воздуха основано на способности воздуха сжижаться при весьма низкой температуре (от —192 до —194,4° С при 760 мм рт. ст.) после чего производится разделение жидкого воздуха на его составляющие. Этот способ является наиболее экономичным и имеет основное применение в промышленности. Расход электроэнергии при этом составляет всего около 1,5—2,0 квт-ч на 1 м газообразного кислорода. [c.12] Кроме того, в воздухе имеются пары воды и пыль. [c.13] Таким образом, воздух представляет собой в основном механическую смесь азота и кислорода, и главная задача при получении кислорода из воздуха заключается в разделении его на эти составляющие, используя разность температур их кипения (Ог— 182,96° С, N2— 195,8°С). Однако до сжижения и разделения воздуха необходимо удаление такой составляющей, как углекислота, которая при нормальном давлении замерзает при температуре —78,9° С, т. е. значительно раньше, нежели будет достигнуто сжижение воздуха, а также удаления паров воды и пыли. [c.13] Получение кислорода из воздуха производится в кислородных установках как на специальных предприятиях, так и на кислородных станциях многих металлообрабатывающих заводов. [c.13] Низкие температуры, необходимые для сжижения и разделения воздуха, получают при помощи холодильных процессов или холодильных циклов. [c.13] Ниже кратко рассматриваются основные холодильные циклы, используемые в кислородных установках. [c.13] Холодильный цикл со свободным расширением воздуха заключается в сжатии воздуха при помощи многоступенчатого компрессора до 200—220 ата с последующим резким уменьшением давления (т. е. расширением воздуха), что вызывает сильное понижение температуры, недостаточное, однако, для сжижения воздуха (при уменьшении давления на 1 ат температура воздуха снижается примерно на /4°). Для возможности сжижения воздуха дополнительно используется явление теплообмена, сущность которого заключается в том, что непрерывно поступающий на разделение воздух охлаждается отходящими холодными продуктами — кислородом и азотом. [c.13] Схема холодильного цикла со свободным расширением воздуха приведена на фиг. 3. Воздух засасывается из атмосферы компрессором 1 и сжимается до необходимого давления, после чего проходит в холодильник 2, где охлаждается проточной водой. Из холодильника сжатый воздух поступает в трубки змеевика теплообменника 3, где происходит сильное охлаждение воздуха идущими навстречу, но по другим трубкам, холодными потоками газов. [c.13] Охлажденный в теплообменнике 3 воздух, проходя через дроссельный вентиль 4 в сборник 5, расширяется, обращаясь при этом частично в жидкое состояние. Несжиженная часть воздуха уходит через теплообменник, производя охлаждение новых порций поступающего воздуха. [c.13] Сжижение воздуха достигается не сразу, а лишь при накоплении в теплообменнике и сборнике достаточного запаса холода, на что в кислородных установках затрачивается несколько часов. Это время называют пусковым периодом установки. [c.13] При начальном давлении 200 ата количество сжиженного воздуха не превышает 5,35%, а расход энергии составляет 4,1 квт-ч на 1 кг жидкого воздуха. Этот цикл применяется для получения газообразного кислорода в установках малой и средней производительности. [c.14] Схема холодильного цикла со свободным расширением воздуха. [c.14] Холодильный цикл С расширением воздуха в детандере заключается в сжатии воздуха в компрессоре до 30—40 ата, после чего большая часть сжатого воздуха направляется в особую машину — детандер, где производит работу и за счет этого сильно охлаждается. Охлажденный в детандере воздух используется для охлаждения остальной части сжатого воздуха, подаваемого на разделение. Производимая сжатым воздухом работа используется полезно в помощь двигателю компрессора Этот способ охлаждения воздуха является очень эффективным и позволяет при сравнительно низких давлениях, в сочетании с теплообменом, быстро охлаждать воздух до температуры сжижения. [c.14] Схема холодильного цикла с расширением воздуха в детандере приведена на фиг. 4. [c.14] Воздух сжимается компрессором / и поступает в змеевик холодильника 2, из которого идет в теплообменник 3. После теплообменника большая часть воздуха (70—80%) идет в детандер 5, а остальная часть идет в другой теплообменник 4, а затем к дроссельному вентилю 5 и в сборник 7. [c.15] В детандере, представляющем собой машину поршневого типа, воздух производит работу, и давление его падает до 1 ата, за счет чего резко снижается температура. Из детандера холодный воздух, имеющий температуру около —100° С, подается в теплообменники 4 и 5 с целью охлаждения поступающего воздуха и затем выпускается в атмосферу. [c.15] Таким образом, детандер служит для охлаждения воздуха, который непрерывно создает запасы холода в теплообменниках. Часть же воздуха (20—30 %) непрерывно поступает на разделение, при этом сжижение сжатого и охлажденного воздуха происходит за счет свободного расширения последнего в дроссельном вентиле 6 и сборнике 7. [c.15] Так же, как и в холодильном цикле со свободным расширением воздуха, несжиженный воздух отводится из сборника в теплообменники и производит, наряду с воздухом, идущим из детандера, непрерывное охлаждение поступающего воздуха. [c.15] Цикл с расширением воздуха в детандере является более экономичным, чем цикл со свободным расширением воздуха, и обычно применяется для получения жидкого кислорода. [c.15] Кроме описанных основных холодильных циклов, применяются и некоторые другие, например, цикл низкого давления с турбодетандером, разработанный советским академиком П. Л. Капица. В этом цикле воздух сжимается всего лишь до 6—7 ата, но столь низкое давление требует применения высокопроизводительных турбокомпрессоров и турбодетандеров вместо машин поршневого типа. [c.15] Вернуться к основной статье