Инертные газы - Фастовский В.Г.
Скачать (прямая ссылка):
Для успешной осушки вымораживанием необходимо не допускать перенасыщения газа, при котором его влагосодержание выше равновесного для данной температуры, и полностью удалять твердую фазу из объема газа. В табл. 4.1 указано равновесное влагосодержание газа при 1 ат. Для получения воздуха *>54
5Y
: 4 С/ ' \ /У/
; \
- f \
¦ 1 п I 1 г 11111 6 i 1 .....1
S 10
5 !03 Спорость газа,кг/р>г-ч)
Рис. 4.18. Падение давления в слое адсорбента:
/ — гранулы 1,2—2,4 мм; 2— зерна 1,6 мм; 3 — зерна 3,2 мм; 4 —зерна 5,5 мм; 5— гранулы 2,4—4,8 мм; 6— зерна 8 мм; 7 — зерна 11 мм.
Таблица 4.1
Содержание влаги в воздухе при различной глубине вымораживания
Температура точки росы, °с Содержание влаги Температура точки росы, °с Содержание влаги
Ю-2 вес. % Ю-2 об. % 10—3 вес. % Ю 8 об. %
0 37,9 60,3 —40 7,90 12,67
—5 24,9 39,6 —45 4,45 7,10
—10 16,1 25,4 —50 2,43 3,89
—15 10,2 16,3 —55 1,29 2,07
—20 6,4 10,2 —60 0,67 1,06
—25 3,9 6,24 —65 0,33 0,53
—30 2,34 3,75 —70 0,16 0,29
—35 1,4 2,20 —75 ' 0,07 0,12
(аргона) с содержанием влаги менее 10_4% необходимо/охладить газ до —77° С. Такой температуры можно достичь с помощью твердой углекислоты (например, смеси твердой углекислоты с ацетоном). Более низкие температуры и, следовательно, более глубокая осушка могут быть достигнуты при использовании низкотемпературных жидкостей (сжиженных газов — азота, воздуха и пр.).
При повышенных давлениях содержание влаги несколько выше, чем указано в табл. 4.1. В этом случае при расчетах следует учитывать коэффициент влажности газа [37, 38] или воспользоваться номограммой из работы [39].
В крупных производственных установках осушка вымораживанием влаги целесообразна только в сочетании с использованием метода низкотемпературной очистки, когда охлаждение газа необходимо также для других целей (например, при очистке аргона от азота низкотемпературной дистилляцией, очистке гелия от примесей низкотемпературной адсорбцией и т. д.). В этих установках влага высаживается в теплообменниках, являющихся частью аппаратуры очистки.
Низкотемпературная дистилляция. Реакция азота с активными металлами необратима, поэтому процесс химической очистки аргона от азота может осуществляться только периодически и связан с большим расходом поглотителя. Во многих случаях, особенно в установках с камерами значительного объема, применение метода поглощения азота приводит к необходимости сооружать большое число крупных аппаратов, к повышенному расходу электроэнергии и поглотителей. Но и при этом аппаратура не отвечает всем требованиям успешной эксплуатации.
Заполнение крупных рабочих камер аргоном, удаление этого газа перед вскрытием камеры для ремонта или замены технологического оборудования осуществляются продувкой или
255
вытеснением. При этом необходимо в течение непродолжительного времени удалять из инертного газа значительные количества азота. Кроме того, крупные камеры используются для производственных целей, что связано с систематическим вводом людей и загрузкой материалов через специальные шлюзы. При продувке шлюзов также резко возрастает нагрузка на систему очистки. В производственных условиях возможны также локальные нарушения плотности оборудования. Все это не только ухудшает глубину очистки газа, но вызывает необходимость частой остановки процесса для замены поглотителей в реакторах.
Более эффективным, а в крупных установках-—практически единственно приемлемым методом очистки аргона от азота является низкотемпературная дистилляция, аналогичная используемой в производстве чистого аргона (см. гл. III). Низкотемпературной дистилляции аргона должна предшествовать операция очистки от кислорода и других примесей, особенно от конденсирующихся, которые затвердевают при низких температурах и могут забить трубопроводы и отверстия в вентилях. В этом случае целесообразна очистка от кислорода каталитическим гидрированием при небольшом избытке водорода. Присутствие водорода не мешает низкотемпературной дистилляции, в процессе которой он удаляется вместе с азотом.
Установка для низкотемпературной дистилляции включае сложное и громоздкое оборудование: компрессоры, блок разделения, теплообменники. Для ее функционирования требуются вспомогательные холодильные машины или подача хладагента (жидкого азота или воздуха) для компенсации притока тепла извне. По этим причинам использование дистилляционной очистки от азота связано с повышенными капитальными затратами. Однако этот метод обеспечивает непрерывную очистку при значительно более низких эксплуатационных расходах.
Системы очистки
Технологические операции, не допускающие наличия в окружающей среде примесей кислорода, азота и других активных газов, осуществляются в герметизированных рабочих камерах. Концентрацию активных газов в такой камере можно понизить вакуумированием или заполнением ее инертным газом.
Камеры, работающие под вакуумом, рассчитываются и изготавливаются с учетом значительных механических нагрузок извне, обусловливаемых давлением атмосферы. Доступ к размещенному в них оборудоЕ«анию и обрабатываемым материалам в процессе работы затруднен. Кроме того, использование вакуума для понижения парциального давления активных газов часто ограничивается условиями проведения технологиче-
