Инертные газы - Фастовский В.Г.
Скачать (прямая ссылка):
Как показали выполненные расчеты, при отборе аргонной фракции существенное накопление аргона происходит в отгонной секции колонны низкого давления. Возрастание содержания кислорода в отходящем азоте заметно влияет на результаты ректификации: при той же степени извлечения аргона уменьшается его содержание в отбираемой фракции. Увеличение числа тарелок в колонне низкого давления повышает содержание аргона в отбираемой фракции. Экспериментальные исследования распределения аргона по тарелкам воздухоразделительного аппарата [10, 14, 15] подтвердили правильность произведенных расчетов.
В работе [16] исследовано влияние рабочих параметров на эффективность ситчатой тарелки при дистилляции смесей Оо— N2, 02—Аг, N2—Аг и 02—N2—Аг.
Аргонная фракция направляется в ректификационную колонну, где в качестве дистиллята получают сырой аргон с содержанием 1 —10% Ог и 3—5% N2. В настоящее время наибольшее распространение получила схема присоединения аргонной колонны к воздухоразделительному аппарату, приведенная на рис. 3.3. Другие схемы рассмотрены в работах [10, 17].
Парообразная фракция, содержащая до 12%) Аг и 0,5% N2, поступает в аргонную колонну, в верхней части которой расположен конденсатор: в межтрубное пространство конденсатора подается жидкость из куба колонны высокого давления воздухоразделительного аппарата, которая кипит там под давлением, близким к существующему в колонне низкого давления, отводя тепло от паров, поступающих в трубки и конденсирующихся в них. Флегма, получающаяся в трубках конденсатора, стекает на верхнюю тарелку аргонной колонны и течет
?33
вниз с тарелки на тарелку, взаимодействуя с поднимающимися парами, а затем стекает на одну из тарелок колонны низкого давления воздухоразделительного аппарата. Дистиллятом аргонной колонны является сырой аргон, который выводится сверху и нагревается в теплообменниках. Пары, образующиеся
Сырой А г
Воздух
Рис. 3.3. Присоединение аргонной колонны к аппарату двойной ректификации воздуха:
/ — воздухоразделительный аппарат; 2 — аргонная колонна; 3 — переохладители.
при кипении жидкости в межтрубном пространстве конденсатора аргонной колонны, также отводятся в колонну низкого давления воздухоразделительного аппарата, где подвергаются разделению.
Как видно на схеме (см. рис. 3.3), отбор аргонной фракции и ее ректификация в аргонной колонне сопряжены с необходи-
134
мостью подачи в конденсатор жидкости из куба колонны высокого давления воздухоразделительного аппарата с последующим отводом образовавшихся паров в колонну низкого давления. Уменьшение количества жидкости, поступающей на орошение колонны низкого давления, естественно, ухудшает условия ректификации воздуха, так как процесс идет при меньшем значении флегмового числа. Однако, как показывают расчеты [17] и эксплуатационные данные [18], на установках высокого и среднего давления в конденсатор аргонной колонны можно направлять до 50% жидкости из куба колонны высокого давления, что обеспечивает степень извлечения аргона порядка 0,75.
В большинстве воздухоразделительных аппаратов, работающих без отбора аргонной фракции, колонна низкого давления содержит 36 кольцевых тарелок; при получении аргона число тарелок увеличивают до 48 и более. В аргонной колонне обычно устанавливают 60 тарелок. Сама аргонная колонна монтируется таким образом, чтобы обеспечивался естественный слив жидкости в колонну низкого давления (см. рис. 3.3): разность уровней должна быть не менее 500—600 мм; на линии жидкости выполняется гидравлический затвор, препятствующий встречному движению пара.
'Опытным путем установлено, что наиболее целесообразно отбирать парообразную аргонную фракцию с 19-й тарелки (считая снизу) колонны низкого давления, содержащей 48 тарелок, а возвращать жидкость из аргонной колонны на одну-две тарелки ниже. Это исключает опасность захлебывания колонны и стабилизирует гидравлический режим на тарелках.
Воздухоразделительный аппарат и аргонная колонна работают более устойчиво в том случае, когда вся кубовая жидкость из колонны высокого давления подается в конденсатор аргонной колонны, где она частично испаряется: образовавшиеся пары проходят через сепаратор, где отделяются от капелек увлеченной жидкости, и направляются на 31-ю тарелку колонны низкого давления, куда стекает и жидкость из сепаратора. Неиспарившаяся жидкость из конденсатора аргонной колонны стекает на 30-ю тарелку колонны низкого давления, т. е. ниже места ввода паров из конденсатора: при вводе жидкости на 34-ю тарелку отмечались случаи «зависания» жидкости в колонне и нарушения нормального режима ее работы.
При указанных условиях обеспечивается устойчивая работа воздухоразделительного аппарата и аргонной колонны, причем получается кислород чистотой 99,5—99,6%, азот с содержанием 0,1—0,2% Ог и сырой аргон с 1—3%> Ог; степень извлечения аргона достигает 0,75—0,80.
В воздухоразделительных установках низкого давления, предназначенных для получения больших количеств технологического кислорода, высокая степень извлечения аргона недо-
135
стижима, так как резервы воздухоразделительного аппарата в значительной части исчерпываются в результате ввода в колонну низкого давления примерно 25% перерабатываемого воздуха после расширения его в турбодетандере. Однако даже При небольшой степени извлечения, порядка 0,2—0,25, благодаря переработке больших потоков воздуха на таких установках можно получать значительное количество аргона. Так, на установке низкого давления БР-1К.-Ар, перерабатывающей 69500 м3/ч воздуха, получают около 100 м3/ч чистого аргона. Технологическая схема этой установки описана в работе [10]. В колонне низкого давления число тарелок увеличено до 60, что объясняется напряженным режимом ее работы в связи с получением аргона.
