Инертные газы - Фастовский В.Г.
Скачать (прямая ссылка):
При существующей практике отбора и обогащения фракции в сырой неоно-гелиевой смеси обычно содержится 40—60% N2. Поэтому предварительно нужно удалить азот, для чего сырую неоно-гелиевую смесь под давлением 15—20 ат направляют в трубки дефлегматора, охлаждаемые азотом, кипящим под вакуумом.
171
Устройство дефлегматора аналогично описанному выше: смесь поступает снизу в пучок вертикальных трубок, где и происходит конденсация азота. Несконденсировавшийся в трубках газ, выходящий из дефлегматора сверху, содержит 4—5% N2 и может быть направлен непосредственно на разделение адсорбционным методом (см. ниже). Увеличение давления газа в трубках дефлегматора не приводит к заметному уменьшению содержания азота в выходящем газе; однако при этом увеличиваются потери неона, связанные с его растворением в сконденсировавшемся азоте [53]. Поэтому для полного удаления азота смесь пропускают через адсорбер, охлаждаемый жидким азотом.
В. Г.. Фастовский [54] описал дефлегматор-адсорбер, в котором несконденсировавшийся в трубках газ проходит через слой активированного угля, охлаждаемого жидким азотом, где происходит поглощение азота. Дефлегматор-адсорбер позволяет получать чистую неоно-гелиевую смесь, не содержащую азота.
Аналогичный аппарат описан в работе [55]: процесс осуществляется под давлением 15 ат и в газе, выходящем из трубок, содержится до 8% N2; азот поглощается активированным углем, засыпанным в трубку-змеевик, которая напаяна на корпус дефлегматора и охлаждается кипящим в нем азотом.
Как уже указывалось, при организации производства неоно-гелиевой смеси на крупных воздухоразделительных аппаратах целесообразно избавляться от азота непосредственно на месте, заполняя баллоны чистой неоно-гелиевой смесью (см. рис. 3.16).
В практике получили распространение два способа разделения неоно-гелиевой смеси: 1) адсорбционный, основанный на селективной адсорбции неона активированным углем при низкой температуре; 2) конденсационный, основанный на переводе неона в жидкое или твердое состояние.
Адсорбционный метод разделения неоно-гелиевой смеси. Разделение неоно-гелиевой смеси адсорбционным методом основано на преимущественной адсорбции неона активированным углем из этой смеси при низкой температуре с последующей фракционированной десорбцией. Осуществление адсорбции в потоке (динамической адсорбции) дает возможность максимально использовать емкость поглотителя: при этом быстро достигается равновесие между адсорбированной фазой и исходной смесью.
Процесс сводится к пропусканию неоно-гелиевой смеси через слой охлажденного активированного угля. Адсорбированная фаза постепенно обогащается неоном, и фронт адсорбции перемещается по слою в направлении газового потока. При этом из адсорбера выходит чистый гелий, а весь неон поглощается углем. Когда фронт адсорбции достигает крайнего сечения слоя адсорбента, происходит проскок неона, и в отходящем гелии появляется примесь неона. После этого подача исходной смеси в аппарат прекращается; если продолжать пропускать смесь через адсорбент, то еще некоторое количество неона поглотится
172
углем, однако получится фракция промежуточного состава, что усложнит технологию процесса разделения. " К моменту завершения адсорбции поглотитель наряду с неоном содержит и некоторое количество гелия, а также азота, если исходная смесь содержала азот. Получение чистого неона
возможно лишь при десорбции газа из поглотителя, причем этот
процесс может осуществляться различно.
пгЛ
I__
Рис. 3.17. Схема установки для разделения неоно-гелиевой смеси адсорбционным методом.
Исследование динамики адсорбции неоно-гелиевой смеси на угле при температуре кипящего под вакуумом азота (т. е. около 64° К), выполненное В. Г. Фастовским и А. Е. Ровинским [50], выявило особенности этого процесса. Так, было установлено, что высота слоя поглотителя, не полностью использованного к моменту проскока, довольно значительна и составляет 6,0—8,5 см; это указывает на необходимость увеличения длины слоя поглотителя за счет его сечения при заданном объеме.
Анализируя возможные способы десорбции, авторы работы [50] пришли к выводу, что промышленное значение могут иметь два метода: 1) фракционированная изотермическая десорбция при откачке, которая производится при предельно низкой темпе-
173
ратуре (кипение азота в вакууме); этот процесс сопровождается» значительным обогащением адсорбированной фазы неоном 2) фракционированная десорбция при повышении температуры с этой целью давление над жидким азотом медленно повы шается до атмосферного, а дальнейшее нагревание адсорбента достигается снижением уровня жидкого азота.
На основании результатов исследований спроектирован, из готовлен и испытан аппарат для адсорбционного разделения 350 л неоно-гелиевой смеси за один цикл (рис. 3.17). Перед началом работы активированный уголь в адсорбере прогре вается до 100—120° С горячим воздухом, который подается чере* электропечь /, вентиль 2 и выводится через вентиль 3. После нагревания адсорбера 4 вентили 2 и 3 закрываются и уголь тщательно откачивается вакуум-насосом 5 через кран 6. Одновременно через кран 7 откачивается вакуумная рубашка адсорбера. Давление над углем измеряется ртутным манометром 5, а в вакуумной рубашке — укороченным абсолютным манометром 9.
