Учебный вопрос № 2. Однократная ректификация бинарной смеси

Разделение воздуха на составные части обычно осуществляется в колоннах одно- или двукратной ректификации.

Однократная ректификация – это процесс разделения жидкого воздуха на кислород и азот без предварительного его обогащения кислородом.

Колонна однократной ректификации проста в исполнении и эксплуатации. Схема такой колонны представлена на рис. 4.

Азот отбросный

Кислород чистый

3

Воздух

4

Рис. 4. Схема аппарата однократной ректификации для получения кислорода

Предварительно охлажденный в теплообменнике выходящими из аппарата по трубе 3 кислородом и по трубе 9 азотом сжатый воздух по трубе 4 направляется в змеевик 6, погруженный в сосуд испарителя (куб) 5 с кипящим жидким кислородом. В змеевике сжатый воздух частично конденсируется и испаряет соответствующее количество кислорода. После змеевика воздух проходит дроссельный вентиль 7, что снижает избыточное давление до 0,02–0,03 МПа и по трубе 8 подается на верх ректификационной колонны. Часть воздуха при этом испаряется, а большая часть стекает вниз по тарелкам 2. Этот воздух обогащается кислородом, контактируя на тарелках с поднимающимися парами. В результате в испарителе собирается жидкий кислород, часть паров которого отводится через трубу 3 в качестве продукта. Образующиеся в испарителе и проходящие вверх по колонне пары обогащаются азотом; на верху колонны пар содержит 88–93 % азота и 7– 12 % кислорода. Эта смесь (отбросный азот) по трубе 9 выбрасывается в атмосферу, предварительно пройдя теплообменник, в котором она охлаждает поступающий сжатый воздух.

Схема азотного аппарата однократной ректификации дана на рис. 5.

Азот газообразный

Азот жидкий

Сжатый воздух

Очищенный воздух

Рис. 5. Схема аппарата однократной ректификации для получения азота

Сжатый в компрессоре воздух после теплообменника подается через дроссельный вентиль 7 в куб 5 колонны, откуда через второй дроссельный вентиль поступает в межтрубное пространство конденсатора 12 для охлаждения и конденсации газообразного азота, собирающегося в трубках конденсатора. Чистый газообразный азот отводится из-под крышки конденсатора, а жидкий азот сливается из карманов 11. Обогащенный кислородом воздух из межтрубного пространства конденсатора отводится, как и газообразный азот, в межтрубное пространство теплообменника, охлаждая поступающий в колонну сжатый воздух.

При получении технического кислорода аппарат однократной ректификации работает неэкономично, так как вместе с отбросным газом в атмосферу выбрасывается около 1/13 кислорода, содержавшегося в перерабатываемом воздухе. Обусловлено это тем, что верхняя тарелка орошается жидким воздухом, над которым равновесный по составу пар теоретически должен содержать около 7 % кислорода. Для того, чтобы уменьшить потери кислорода с отходящим азотом, необходимо верхнюю тарелку орошать не жидким воздухом, а жидким азотом, для чего применяют аппараты двукратной ректификации.

Дата добавления: 2014-01-04