Описание технологической схемы

Воздух с температурой 5  10 °C при давлении 180-200 атм, пройдя влагоотделитель XII, поступает в нижнюю часть одного из адсорберов (XIII иили XIV) и проходит его снизу вверх. Скапливающаяся во влагоотделителе влага периодически удаляется продувкой через вентиль П-10. Между влагоотделителем и адсорберами установлен обратный клапан ОК-2 для защиты адсорбента от разрушения при внезапном падении давления воздуха на входе в блок. Очистка воздуха от влаги, углекислоты и ацетилена происходит в результате адсорбции их цеолитом. После адсорбера воздух проходит фильтр (XV или XVI) и направляется в блок разделения (двумя потоками на расширение в детандер и к дроссельному вентилю) или через вентиль З-25 в электроподогреватель XVII на отогрев блока разделения. Для измерения давления воздуха после каждого адсорбера предусмотрены манометры (М-7 и М-8)

Рис. 1.4. Блок комплексной очистки

Насыщение цеолитов влагой и двуокисью углерода происходит до определенного предела. После насыщения адсорбционная способность должна быть восстановлена регенерацией, заключающейся в прогреве адсорбента сухим газом без примесей CO₂ от температуры +380 °C на входе до температуры +200 °C на выходе.

Ввиду того, что цеолиты поглощают двуокись углерода хуже, чем влагу, период переключения адсорберов определяется из условия насыщения адсорбента двуокисью углерода.

При работе одного адсорбера в режиме очистки воздуха в другом последовательно проводятся операции десорбции и охлаждения адсорбента. Регенерирующий газ в количестве 100 м³/ч, нагретый в подогревателе до температуры +380 °C, поступает в верхнюю часть адсорберов, а выходит снизу.

При температуре регенерирующего газа на выходе из адсорберов +200 °C электроподогреватель выключается автоматически, и адсорберы охлаждаются тем же газом. Для замера температуры регенерирующего газ предусмотрены термопары Т-8 (перед подогревателем) и Т-9 на выходе газа в атмосферу. Автоматическое выключение электроподогревателя осуществляется термореле ТР-2.

Основные правила безопасной работы

1. Эксплуатация оборудования и приборов с истекшим сроком испытания запрещается.

2. Запрещается эксплуатация блока очистки с неисправными манометрами или манометрами с истекшим сроком проверки.

3. Не разрешается подтягивание фланцевых и резьбовых соединений, находящихся под давлением.

4. Ремонт оборудования разрешается производить только при отсутствии в нем давлении.

5. Все электрооборудование должно быть заземлено.

6. Запрещается употребление хлопчатобумажной сальниковой набивки, пропитанной маслом. Для сальниковой набивки применять асбестовый шнур, пропитанный графитом или фторопластовой суспензией АСТ.

7. Не допускать резкого изменения давления в абсорберах при их переключении. Открывать и закрывать вентили следует медленно, наблюдая за показаниями манометров.

Выполнение работы

1. Ознакомится с назначением блока комплексной очистки цеолитами установки АЖА-0.04, используя описание в методическом руководстве, схемы и стенд.

2. Изучить устройство блока очистки установки АЖА-0.04.

3. Изучить конструкцию и особенности работы влагоотделителя, электроподогревателя, адсорберов и фильтров блока осушки, используя описание в методическом руководстве, схемы и стенд.

4. Рассмотреть технологическую схему адсорбционной очистки воздуха.

5. Составить отчет.

Контрольные вопросы

1. Каково назначение и основные параметры воздухоразделительной установки АЖА – 0,04?

2. Для чего предназначен блок комплексной очистки воздуха цеолитами? Какие примеси из воздуха и насколько хорошо он удаляет?

3. Назовите другие способы очистки воздуха?

4. Назовите основные аппараты, входящие в состав блока комплексной очистки и поясните принцип их работы?

5. Для чего установка АЖА – 0,04 комплектуется блоком предварительного фреонового охлаждения? Может ли она функционировать без него?

Лабораторная работа №2 Изучение блока разделения воздуха установки

АЖА – 0.04

Цель работы: Изучение принципа действия и правил эксплуатации блока разделения воздуха с колонной однократной ректификации.

Содержание работы: Во время лабораторной работы студенты в производственном помещение азотного отделения криогенной лаборатории ВГТУ изучают устройство и принцип действия отдельных узлов блока разделения воздуха, их назначение и основные правила безопасной и эффективной эксплуатации, осуществляют некоторые операции по эксплуатации блока под надзором преподавателя и представителя производства.

Назначение блока разделения: Блок разделения служит для получения из атмосферного воздуха жидкого или газообразного азота методом глубокого охлаждения. Воздух представляет собой смесь газов, состоящую из азота (78.03 об.%), кислорода (20.93 об.%), аргона, углекислого газа, водяных паров и некоторого количества инертных газов. Кроме того, атмосферный воздух для блоков раз­деления с цеолитовыми блоками очистки должен соответствовать следующим требованиям по предельному содержанию взрывоопасных примесей:

- ацетилена - 1,1 см³ /м³;

- высшие ацетиленовые углеводороды - 0,5 см³/м³;

- предельные и непредельные углеводороды в сумме С₅-C₆ - 2,0 см³/м³;

- предельные и непредельные углеводороды (кроме пропана) в сумме С₃-С₄- 0,3 см³/м³;

- углеводороды: этан, этилен, пропан - 10 см³ /м³;

- сероуглерод - 0,03 мг/м³;

- окислы азота - 1,25 мг/м³;

Основные составляющие воздуха – азот и кислород. Разница в их температурах кипения используется для разделения жидкого воздуха.

Основные свойства азота и кислорода

Азот - N₂. Бесцветный газ, без запаха, незначительно легче воздуха при 0°C и P = 760 мм рт. ст. - плотность 1,251 кг/м³, химически инертен. При охлаждении под атмосферным давлением до -195.8 C азот сжижается.

Жидкий азот - прозрачная, бесцветная, легкоподвижная жидкость быстроиспаряющаяся при комнатной температуре. При температуре -210 °C азот затвердевает.

Азот газообразный технический должен соответствовать сле­дующим требованиям:

- объемная доля - не менее 99,95 % N₂;

- массовая концентрация влаги не более 0,2 мг/л.

Жидкий азот при попадании на тело вызывает сильное обмо­раживание. Газообразный азот при вдыхании оказывает вредное действие на организм, уменьшая парциальное давление кислорода, вызывает удушье.

Кислород – О₂. Бесцветный газ, без запаха, тяжелее воздуха (при 0°C и нормальном давлении P = 760 мм рт. ст., плотность 1,429 кг/м³). При охлаждении под атмосферным давлением до температуры -182.95°C, кислород сжижается.

Жидкий кислород - прозрачная, голубоватая, легкоподвижная, быстроиспаряющаяся при комнатной температуре жидкость.

Все реакции горения и окисления в атмосфере кислорода происходят значительней быстрее и энергичнее, чем в воздухе. Длительное пребывание в атмосфере с повышенным содержанием кислорода может вызвать сильное нервное расстройство. Попадание жидкого кис­лорода на кожу вызывает сильное обмораживание. Горючие газы (ацетилен, водород, метан и др.) с кислородом образуют взрывча­тые смеси. Различные жиры и масла при соприкосновении с кислородом способны самовоспламеняться, а при определенных условиях - взрываться.

Блок разделения установки АЖА – 0.04 работает по циклу высокого давления с детандером, по схеме однократной ректификации. Низкая температура, необходимая для ожижения воздуха, достигается дросселированием воздуха и расширением его в поршневом детеандере. Блок разделения работает в режиме газообразного или жидкого азота с чистотой не менее 99.99 %.

Конструкция аппаратов блока разделения и принцип их работы:

Все аппараты блока можно разделить на 3 группы.

1. Теплообменная аппаратура:

- ожижитель;

- теплообменник;

- теплообменник детандерного воздуха;

- переохладитель жидкого азота;

2. Узел ректификации:

- колонна

3. Фильтры:

- фильтр детандерного воздуха;

- фильтр на линии жидкого азота;

- фильтр на линии утечек жидкого азота в карманы конденсатора.

Кроме того, в блоке имеется насос сжиженных газов, который при газовом режиме подает в теплообменник жидкий азот.

1. Теплообменная аппаратура

Вся теплообменная аппаратура выполнена в виде витых теплообменников (медные трубки навиваются на сердечник, образуя многослойную спираль). Отбросной газ (выходящий из межтрубного пространства конденсатора), проходит по межтрубному пространству теплообменной аппаратуры, а охлаждаемый воздух или продукт по трубкам. Один слой намотки отделяется от другого прокладками, которые создают определенный зазор между слоями, чем и определяютя скорость движения отбросного газа. Трубки, перед выходом из теплообменников, соединяются в коллекторы.

Ожижитель № VI

Ожижитель (рис. 2.1) служит для предварительного охлаждения воздуха высокого давления отбросным газом перед блоком очистки с температуры 30÷45 °C до температуры 5÷7 °C. При понижении температуры воздуха часть паров воды конденсируется. Капельная влага отделяется от воздуха во влагоотделителе (в блоке осушки перед поступлением в адсорберы) за счет резкого изменения скорости и направления потока. Вследствии такой предварительной осушки воздуха в ожижителе увеличивается эффективность работы блока комплексной очистки.

Рис. 2.1. Ожижитель

Ожижитель - витой трубчатый трехсекционный аппарат, в котором прямой поток воздуха охлаждается:

- отбросным газом при жидкостном режиме;

- отбросным газом и обратным потоком продукта разделения при газовом режиме.

Азотные трубки навиты совместно с воздушными и для лучшего контакта спаяны мягким припоем. Воздушная секция состоит из 7 медных трубок  10 мм, толщиной 1.5 мм. Азотная секция - из 4 медных трубок 10, толщиной 2 мм.

Рабочее давление:

- в азотной части – до 230 атм;

- в воздушной части – до 200 атм;

- в межтрубном пространстве – до 0.7 атм;

Диаметр ожижителя - 156 см.

Теплообменник № V

Теплообменник (рис. 2.2) служит для охлаждения отбросным газом воздуха высокого давления, идущего в блок разделения после очистки с температуры 12 ÷ 15 °C до температуры -150 °C.

Рис. 2.2. Теплообменник

Теплообменник представляет собой трехсекционный аппарат. В нем также как и в ожижителе при работе блока в газовом режиме, воздух охлаждается еще и обратным потоком продукта – азота. В отличие от ожижителя, азот в теплообменнике идет по трубкам (5×1 мм), вставленных в воздушные трубки 10×1.5 мм. Таким образом воздух проходит по кольцевому пространству. Число воздушных трубок – 19, азотных – 19.

Рабочее давление:

- в воздушных трубках - до 200 атм;

- в азотных трубках - до 230 атм;

- в межтрубном пространстве – до 0.7 атм;

Диаметр теплообменника 220 мм.