Unità di separazione dell'aria

Cos'è un'unità di separazione dell'aria?

 

Un'unità di separazione dell'aria è una struttura industriale. Funziona per primo raffreddando e liqueficando l'aria. Quindi, sfruttando la distillazione criogenica basata sui diversi punti di ebollizione dei gas nell'aria, separa l'atmosfera in componenti principali, principalmente tra cui ossigeno, azoto e argon. I gas puri prodotti sono ampiamente utilizzati nei campi industriali e medici. Il processo è energia - e si basa su componenti come compressori, colonne di distillazione e setacci molecolari. Inoltre, un ASU può separare l'atmosfera nei suoi componenti primari come azoto, ossigeno e talvolta argon e altri gas rari, in genere composti da elementi tra cui compressori d'aria, sistemi di purificazione dell'aria, scambiatori di calore, sistemi di raffreddamento criogenico e colonne di distillazione.

Metodi di separazione dell'aria

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Distillazione criogenica

La distillazione criogenica si raffredda per prima l'aria per liquefare, quindi separa selettivamente i suoi componenti in base alle differenze del punto di ebollizione attraverso la distillazione. Questo produce gas di purezza -, ma consuma molta energia. Il sistema richiede scambiatori di calore strettamente integrati e colonne di separazione per mantenere l'efficienza, con energia di refrigerazione proveniente dal compressore d'aria di ingresso.
Per ottenere basse temperature, gli impianti di separazione dell'aria impiegano due cicli di refrigerazione: utilizzando la limitazione isotermica tramite un dispositivo di limitazione o l'espansione isentropica tramite un espansore. L'attrezzatura criogenica deve essere alloggiata in una "scatola fredda" (recinto isolato) per ridurre al minimo le perdite di raffreddamento.

 

Altri metodi di separazione dell'aria

●Tecnologia di separazione della membrana: basso consumo di energia e parametri flessibili. Room - Membrane polimeriche di temperatura producono il 25% - 50% Oxygen - arricchita arricchita; Le membrane ceramiche (ITM e OTM) richiedono temperature di 800 - 900 gradi e possono produrre un ossigeno di purezza -- superiore al 90%. Possono essere usati per produrre ossigeno - impoveriti o azoto - gas arricchito per i serbatoi di carburante degli aerei passeggeri per ridurre il rischio e può anche fornire aria arricchita con ossigeno per piloti ad alta quota e non pressurizzati.

●Adsorption di oscillazione a pressione (PSA): operativo a temperatura ambiente e non richiedendo liquefazione, PSA usa zeolite (una "spugna molecolare") per un adsorbimento di pressione altamente - e ridotto - desorzione della pressione per separare l'ossigeno e il nitrogeno. Questo compressore compatto può essere utilizzato per produrre concentratori di ossigeno medico portatili. L'adsorbimento dell'oscillazione a pressione del vuoto (VPSA) è simile, con solo il gas bersaglio che viene desorto a pressione subatmosferica

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Principio di lavoro di un'unità di separazione dell'aria (ASU)

Sebbene le unità di separazione dell'aria possano utilizzare una varietà di tecnologie, come la separazione della membrana e l'adsorbimento dell'oscillazione della pressione, il frazionamento criogenico (distillazione) rimane la tecnologia principale principale per ottenere un'efficace separazione di purezza -. Il suo tipico processo operativo è diviso in quattro fasi chiave:

 

 

Stadio di compressione

L'aria atmosferica viene prima disegnata nell'ASU e quindi inserisce un sistema compressore stadio multi - per la pressurizzazione. Lo scopo principale di questa fase è aumentare la pressione dell'aria, riducendo così il consumo di energia e migliorando l'efficienza nei successivi processi di raffreddamento e separazione. La pressione dell'aria è in genere controllata in un intervallo di 5-10 Bargo, gettando le basi per i processi successivi.

 

Fase di purificazione

L'aria pressurizzata passa per la prima volta attraverso un sistema di purificazione per rimuovere impurità, principalmente umidità, anidride carbonica e tracce di quantità di olio, polvere e altri inquinanti. Questo passaggio è cruciale: garantisce l'elevata purezza del gas di produzione finale, soddisfacendo i requisiti delle applicazioni industriali e mediche; Impedisce inoltre alle impurità di congelare o accumulare nell'ambiente di temperatura --, impedendo il blocco di scambiatori di calore, condutture e altre attrezzature, garantendo così un funzionamento stabile dell'unità.

 

Stadio di raffreddamento

L'aria compressa purificata entra in un sistema di raffreddamento costituito da uno scambiatore di calore e un ciclo di refrigerazione (come i cicli di Linde o Kraut), dove viene gradualmente raffreddato a bassa temperatura. Poiché il frazionamento criogenico si basa sulle differenze nei punti di ebollizione tra i componenti gassosi, il processo di raffreddamento riduce l'aria alla sua temperatura di liquefazione, convertendo l'aria gassosa in aria liquida, preparandola per la successiva separazione di distillazione.

 

Fase di separazione

L'aria liquida viene immessa in una singola torre di distillazione stadio - o multi -, in cui i suoi componenti sono separati attraverso la distillazione frazionaria. Le differenze nei punti di ebollizione tra i gas sono cruciali per la separazione: azoto, con il suo punto di ebollizione più basso, vaporizza e aumenta prima dall'aria liquida, raccolta nella parte superiore della torre. L'ossigeno, con il suo punto di ebollizione più elevato, rimane nella parte inferiore della torre e viene scaricato come liquido o gas. Se l'argon deve essere separato, poiché il suo punto di ebollizione si trova tra azoto e ossigeno, può essere estratto dal centro della torre attraverso una sezione di distillazione specializzata.

Processo operativo dell'unità di separazione dell'aria (ASU) e componenti core

 

L'aria compressa dal compressore d'aria viene prima raffreddata da un sistema di raffreddamento pre -} prima di essere rimosso dai setacci molecolari per rimuovere impurità come umidità, anidride carbonica e idrocarburi. L'aria purificata viene quindi divisa in due percorsi: uno viene inviato direttamente alla colonna superiore della torre di distillazione, mentre l'altro viene ampliato e raffreddato da un espansore prima di essere inviato alla colonna inferiore. All'interno della torre di distillazione, il vapore in aumento e il liquido cadente subiscono lo scambio di calore e la separazione, producendo infine un alto azoto di purezza - nella parte superiore della colonna superiore e alto - purezza dell'ossigeno nella parte inferiore.
 

● Sistema di compressione:

Comprendendo un filtro di ingresso dell'aria (per filtrare la polvere), un compressore d'aria (per pressurizzare l'aria), un dispositivo di raffreddamento interstage del compressore d'aria (per ridurre la temperatura e mantenere l'efficienza) e un silenziatore di sfiato del compressore d'aria (per ridurre il rumore).

● Pre - Sistema di raffreddamento:
Composto da una torre di raffreddamento -}, un'aria - torre di raffreddamento (per scambiare calore e ridurre la temperatura), una pompa dell'acqua (per fornire acqua di raffreddamento) e un refrigeratore (per fornire un raffreddamento profondo).

● Sistema di purificazione:
Il nucleo è un adsorbatore di setacci molecolari (per rimuovere le impurità) accoppiato con un silenziatore di sfiato dell'azoto (per ridurre il rumore di scarico).

● Sistema di scambio di calore:

Include lo scambiatore di calore principale (per lo scambio di calore tra aria e gas di temperatura - bassa per ridurre la temperatura) e il sottoacqua (per i prodotti liquidi di raffreddamento per ridurre le perdite di vaporizzazione).

● Sistema di distillazione:
Include la torre di distillazione (per il gas - separazione del contatto liquido) e il condensatore - evaporator (per mantenere il ciclo di distillazione).

● Sistema di consegna del prodotto:

Comprendente una stazione di regolazione della pressione (per la regolazione della pressione) e una stazione di misurazione (per la misurazione del flusso).

● Sistema di backup di archiviazione liquida:

Include serbatoi di stoccaggio liquido (per lo stoccaggio di ossigeno liquido e azoto liquido), serbatoi di stoccaggio del gas (per prodotti gassosi tamponosi) e un evaporatore liquido (per liquido di emergenza - a - conversione del gas).

Applicazioni dell'unità di separazione dell'aria

 

 

 

 

 

Assistenza sanitaria medica
 

Produzione industriale
 

Cibo e bevande
 

Produzione di energia

 

Unità di separazione dell'aria nel processo di gas industriale

L'aria è composta principalmente da azoto (circa 78,1%), ossigeno (circa il 20,9%), argon (circa 0,9%) e piccole quantità di altri gas. Attualmente, il metodo di separazione dell'aria più utilizzata nell'industria è la separazione criogenica, nota anche come distillazione criogenica. In sostanza, ciò coinvolge la liquefazione del gas, in genere usando metodi meccanici come l'espansione di limitazione o l'espansione adiabatica. L'aria viene prima compressa e raffreddata, quindi distillata usando le differenze nei punti di ebollizione tra i gas per separarli.

Nodi chiave e funzioni del flusso di processo

● Flusso d'aria di alimentazione

Un parametro di input fondamentale (misurato in nm³/h) che determina direttamente la scala/capacità di produzione ASU (ad es. 68.500 nm³/h per un mezzo di dimensioni - in base al normale funzionamento).

Anomalie: improvvisi aumenta i compressori di sovraccarico (consumo di usura/energia più elevata) e interrompono la purificazione/raffreddamento/distillazione (gas sbilanciato - liquido/termodinamica, efficienza inferiore/resa); Il flusso eccessivamente basso riduce l'utilizzo delle apparecchiature e aumenta i costi unitari.

● Flusso d'aria compresso

Modifiche alla portata post - Compressione; Il flusso di uscita deve corrispondere al processo del sistema, garantire una pressione sufficiente per le operazioni criogeniche/distillazioni e mantenere la stabilità.

Controllo: regolare l'apertura della banda dell'ingresso o la velocità del compressore per il controllo preciso di flusso/pressione.

Rischi: la sovrapressione provoca rischi per l'attrezzatura; La pressione insufficiente limita liquefazione/separazione; Il flusso instabile compromette l'adsorbimento del setaccio molecolare (rimozione inadeguata dell'impurità).

● Porta dell'aria purificata

Critico per la separazione criogenica dopo aver rimosso l'umidità/CO₂/idrocarburi tramite essiccatori ad aria; Richiede la stabilità e la conformità del design.

Impatti: sbilanciamenti del flusso anormale Frazionamento del gas della torre - rapporto liquido (ad esempio, il flusso eccessivo accelera l'ascesa del gas, riducendo il tempo di contatto/efficienza e la purezza del prodotto); Over - Impurità standard causano ghiaccio/intasamento dell'attrezzatura criogenica.

● GAS - portate liquide nelle torri di distillazione

GAS - portata di fase: chiave per efficienza (ad esempio, distillazione iniziale in doppia torre della torre della torre della torre produce in aumento azoto/ossigeno discendente - liquido ricco). Il flusso appropriato garantisce un gas sufficiente - contatto liquido (scambio di calore/massa); L'eccesso provoca inondazioni della torre (accumulo di liquidi, distillazione interrotta) e bassa efficienza di separazione.

Liquid - Portata di fase: Counterflow with Gas; flusso (ad es. Ossigeno a valle - liquido ricco dalla torre inferiore alla torre superiore) deve abbinare il flusso di gas. Torri inondazioni in eccesso; L'insufficienza riduce il lavaggio di impurità (scarsa purezza); Il flusso instabile compromette il condensatore - Evaporatore Exchange di calore (influisce sul bilanciamento dell'energia/separazione).

● portate di gas e gas di scarto del prodotto

Flusso di ossigeno del prodotto: controllato dalle esigenze dell'utente (ad es. Flusso elevato per la produzione di acciaio, elevata purezza per uso medico); Regolato tramite parametri di distillazione (rapporto di reflusso, temperatura, pressione). Le fluttuazioni hanno un impatto sulla produzione (ad es. Efficienza/qualità instabile in acciaio).

Flusso di azoto del prodotto: controllato con precisione (tramite gas di distillazione - Distribuzione liquida, azoto liquido reflusso) per sostanze chimiche/elettronica (ad es. Le deviazioni causano ossidazione.

Flusso di gas di rifiuti: contiene gas non separati; Dopo il raffreddamento dell'espansione, la parte rigenera i setacci molecolari freschi, le prese d'aria rimanenti. L'eccesso indica una bassa efficienza di separazione (gas sprecato, alta energia) e scarsa rigenerazione del setaccio (ridotta adsorbimento/stabilità).

Metodi di controllo e regolazione del flusso

● Regolamento della valvola

Valvola a farfalla: una valvola a farfalla è un dispositivo di controllo del flusso comunemente usato che controlla il flusso variando l'apertura della valvola per cambiare l'area di flusso del fluido. Nelle unità di separazione dell'aria, le valvole dell'acceleratore vengono spesso utilizzate per controllare il flusso di aria di alimentazione, aria compressa e componenti di gas e liquido all'interno di ciascuna colonna. Ad esempio, prima che l'aria entri in una colonna di distillazione, è possibile utilizzare una valvola a farfalla per regolare la portata per soddisfare i requisiti di alimentazione della colonna di distillazione. Mentre le valvole dell'acceleratore offrono vantaggi come la struttura semplice e la facilità di funzionamento, generano anche una certa caduta di pressione durante il processo di regolazione, con conseguente perdita di energia.

Valvola di regolazione: una valvola di regolazione viene generalmente utilizzata in combinazione con un sistema di controllo automatizzato per regolare automaticamente l'apertura della valvola in base a una portata impostata. Le valvole di regolazione sono spesso installate nei punti di controllo del flusso chiave nelle unità di separazione dell'aria, come le condotte di uscita per ossigeno e azoto del prodotto. Basato sui dati di flusso temporale - reali, un controller regola automaticamente l'apertura della valvola per mantenere la portata all'interno dell'intervallo set. Rispetto alle valvole dell'acceleratore, le valvole di regolamentazione offrono una maggiore precisione di regolamentazione e una risposta più rapida, rendendole più adattabili a condizioni operative variabili durante il funzionamento dell'unità.

● Regolazione del compressore

Guida di ingresso Regolazione della paia: per i compressori dell'aria centrifuga, il volume dell'aria di aspirazione può essere variato regolando l'angolo delle palette guida di ingresso, controllando così la portata dell'aria compressa. Per aumentare la portata dell'aria compressa, l'apertura della banda guida di ingresso viene aumentata per consentire a più aria di entrare nel compressore; Al contrario, l'apertura della banda guida di ingresso è ridotta per ridurre il volume dell'aria di aspirazione. Guida all'ingresso La regolazione della bandatura offre i vantaggi di un ampio intervallo di regolazione e un consumo di energia relativamente minimo durante la regolazione. Ciò garantisce che la portata dell'aria compressa soddisfi i requisiti di processo mantenendo un funzionamento efficiente del compressore.

Regolazione della velocità: la portata può anche essere regolata variando la velocità del compressore. Utilizzando la tecnologia di regolazione della velocità di frequenza variabile, la velocità del compressore può essere regolata in modo flessibile in base ai requisiti di flusso effettivi. Quando il dispositivo richiede una portata dell'aria compressa inferiore, la velocità del compressore viene ridotta; Quando è richiesta una portata più elevata, la velocità è aumentata. La regolazione della velocità offre un tempo di risposta rapido e può adattarsi rapidamente alle variazioni della portata del processo, ma pone elevate richieste sul sistema motorio e di controllo.

● Regolazione del reflusso

La regolazione del reflusso è un metodo di controllo del flusso comune nelle unità di separazione dell'aria. Ad esempio, in una colonna di distillazione, il rapporto liquido - all'interno della colonna viene controllato regolando la portata del reflusso, influenzando così l'efficienza della distillazione e la portata del prodotto. Per migliorare la purezza del prodotto, la portata del reflusso può essere aumentata per consentire la sezione di distillazione all'interno della colonna per separare più efficacemente le impurità dal gas. Per aumentare la resa del prodotto, la portata del reflusso può essere ridotta. La regolazione del reflusso deve essere utilizzata insieme ad altri metodi di controllo del flusso per garantire un funzionamento stabile della colonna di distillazione in varie condizioni operative.

Monitoraggio del flusso e garanzia della sicurezza

● Sistema di monitoraggio del flusso

Per monitorare accuratamente il flusso nei punti chiave ASU, viene generalmente adottato un sistema di monitoraggio del flusso avanzato, principalmente composto da sensori di flusso, circuiti di trasmissione del segnale e strumenti di visualizzazione e controllo.

●Sensori di flusso:

Metetri del flusso della piastra dell'orifizio: misurare il flusso tramite differenziale di pressione dal fluido che passa attraverso un orifizio; Semplice, basso costo -, ma precisione limitata.

Vortex FlowMeters: rilevare la frequenza del vortice dal fluido che passa attraverso un generatore di vortice; Elevata precisione, ampia gamma di misurazione.

Metetri di flusso di massa: misurare direttamente il flusso di massa del fluido, non influenzato dalle variazioni di temperatura/pressione/densità; Ultra - alta precisione, ideale per la misurazione del flusso di gas del prodotto.

● Trasmissione del segnale e controllo del display:

I sensori di flusso convertono i segnali di flusso in segnali elettrici/digitali, trasmessi agli strumenti di visualizzazione e controllo. Questi strumenti mostrano un flusso temporale reale - in ciascun punto, attivare gli allarmi se il flusso supera gli intervalli di impostazione e si connettono al sistema di automazione per la regolazione del flusso automatico.

●Misure di sicurezza

Le fluttuazioni di flusso anormali in ASUS possono causare rischi per la sicurezza, che richiedono misure di sicurezza efficaci:

Flusso allarmi e interblocchi:
Il sistema di monitoraggio ha limiti di allarme superiore/inferiore; Gli allarmi udibili/visivi si attivano quando il flusso è fuori portata. I dispositivi di interblocco impediscono incidenti gravi: ad esempio, automaticamente - I compressori d'aria se il flusso d'aria di alimentazione è troppo basso (per evitare danni alle apparecchiature) o automaticamente la regolazione delle aperture delle valvole/l'arresto di attrezzatura specifica se il prodotto O₂/N₂ fluttua.

Manutenzione e cura delle attrezzature:
Mantenere regolarmente le apparecchiature di monitoraggio del flusso, i dispositivi di controllo e l'intero ASU: ispezionare i sensori di flusso per blocco/danno (pulire/sostituire prontamente), le valvole di controllo/debug (garantire flessibilità/affidabilità) e ispezionare le attrezzature chiave (ad es. Compressori) per prestazioni stabili. Ciò riduce le anomalie del flusso dai guasti delle apparecchiature e migliora la sicurezza operativa.

Parametri di flusso consigliati per unità di separazione dell'aria di diverse scale

●Small - Scala Asus

Adatto a scenari con bassa domanda di gas, come laboratori e piccole fabbriche.

Core Parameters: Process air flow rate 50-500 Nm³/h; product oxygen flow rate 10-200 Nm³/h (purity >99.5%), product nitrogen flow rate 20-300 Nm³/h (purity >99.9%).​

Caratteristiche: controllare con precisione la portata di ciascun componente per garantire una fornitura stabile di gas di purezza - elevato per piccoli o esperimenti in scala -.

●Medium - Scala Asus

Servire ampiamente le imprese industriali generali per soddisfare la domanda di gas regolare.

Parametri core: portata dell'aria di processo 3.000-20.000 nm³/h; Portata di ossigeno del prodotto 1.000-10.000 nm³/h (purezza ≈99,6%), portata del prodotto azoto 1.500-15.000 nm³/h (purezza fino al 99,99%).

Caratteristiche: requisiti più elevati per il controllo del flusso nei nodi chiave (ad es. Aria di alimentazione, aria compressa, gas - flusso liquido nelle torri di distillazione); Affidati a sistemi automatizzati avanzati e apparecchiature di precisione per garantire un funzionamento efficiente e stabile e qualità del prodotto.

●Grande - scala Asus

Utilizzato in grandi scenari di produzione industriale in scala -, come grandi acciaierie e impianti chimici.

Parametri core: portata d'aria di processo superiore a 50.000 nm³/h (alcuni superano i 100.000 nm³/h, ad es. Un ASU in un grande conglomerato in acciaio raggiunge 80.000 nm³/h); Portata di ossigeno del prodotto 30.000-50.000 nm³/h (soddisfa i rigidi requisiti di purezza per la produzione di acciaio), portata azoto del prodotto 40.000-60.000 nm³/h.

Caratteristiche: alta difficoltà nel controllo del flusso; Richiedi tecnologie di monitoraggio e regolamentazione più avanzate e affidabili per garantire un funzionamento stabile ed efficiente sotto carico elevato, fornendo gas di qualità continuo - per la produzione in scala -.

Essendo uno dei produttori e dei fornitori di unità di separazione dell'aria più professionali in Cina, ti diamo il benvenuto calorosamente all'unità di separazione dell'aria ad alta purezza all'ingrosso dalla nostra fabbrica. Tutti i prodotti su misura sono con un prezzo di alta qualità e competitivo.