הסבר מפורט על יחידת הפרדת אוויר

I. מבוא ליחידת הפרדת אוויר
מה שנקרא-יחידת הפרדת אוויר, במילים פשוטות, היא מכשיר שמפריד בין מרכיבי הגז העיקריים באוויר. הוא מקרר את האוויר בצורה עמוקה למצב נוזלי ומשתמש בנקודות הרתיחה השונות של מרכיבי האוויר הנוזלי כדי להפריד בהדרגה בין חמצן, חנקן וארגון. האוויר מכיל גם גזים נדירים כמו הליום, ניאון, ארגון, קריפטון, קסנון, ראדון, וכן זיהומים כמו לחות, פחמן דו חמצני ואבק, את כולם יש להפריד ולטהר. עבור רוב המפעלים, המשימה העיקרית של יחידת הפרדת האוויר היא להפריד ולייצר חמצן נקי, חנקן, ארגון וכו'.

(ט) הקדמה עקרונית
המרכיבים העיקריים של האוויר הם חנקן, חמצן וארגון, ולכן המטרה העיקרית של ההפרדה היא להשיג את שלושת הגזים הטהורים הללו.
הזיהומים העיקריים באוויר הם לחות, פחמן דו חמצני ופחמימנים.
הפרדת האוויר נועדה להסיר זיהומים מזיקים באוויר ולהפריד את הגז המעורב לגזים "טהורים" כמו חנקן, חמצן וארגון.
העיקרון הבסיסי של הפרדת אוויר הוא שלחנקן, חמצן וארגון באוויר יש נקודות בועה שונות (נקודות טל, נקודות רתיחה) והן מופרדות בזיקוק. נקודות הרתיחה שלהם הן: N₂: -195.8 מעלות; O₂: -183.0 מעלות ; אר: -185.7 מעלות .
תהליך זיקוק: על צלחת הזיקוק, הקיטור הרווי בטמפרטורה גבוהה יותר והנוזל הרווי בטמפרטורה נמוכה יותר נמצאים במגע מלא. הקיטור הרווי משחרר חום לנוזל הרווי ומתעבה חלקית; הנוזל הרווי סופג חום ומתאדה חלקית. חמצן הוא מרכיב בנקודת-רתיחה גבוהה- ומתעבה יותר לשלב הנוזלי; חנקן הוא מרכיב בנקודת -רתיחה- נמוכה ומתאדה יותר לשלב הגז.

II.מבוא לזרימת התהליך
זרימת התהליך הנוכחית של הפרדת האוויר היא בערך כדלקמן: האווירה נדחסת תחילה על ידי מערכת הדחיסה, ואז נכנסת למערכת הקירור המקדימה-לקירור מקדים, ואז נכנסת למערכת הטיהור כדי להסיר כמה זיהומים כמו לחות ופחמן דו חמצני, ולאחר מכן מתקררת עוד יותר על ידי מערכת חילופי החום, ולאחר מכן נכנסת לקופסה קרה, מרחיבה, וכו'. מכיל מגדלים ראשיים, קירור ראשי, משאבות נוזלים וציוד אחר, ותהליך הזיקוק מסתיים במערכת זו), ולבסוף נכנס למערכת הגיבוי כגון גיזוז, דחיסה ואחסנה של המוצר.

III. מבוא למערכת יחידת הפרדת האוויר (או הציוד)
(ט) מערכת דחיסה
קיים מסנן אוויר בתחילת מערכת דחיסת האוויר, המשמש לסינון זיהומים מכניים באוויר. ישנם בעיקר מסנני אוויר לניקוי עצמי-; מטרת הדחיסה היא לדחוס- מראש את האוויר, והציוד כולל בעיקר טורבינות קיטור, מדחסי אוויר, מגדשי-על וכו'.
מסנן -לניקוי עצמי: ככלל, ככל שנפח הגז גדל, מספר מחסניות המסננים גדל, ומספר השכבות גם גבוה יותר. שכבה-כפולה עבור כיתה 25,000 ומעלה, ושלוש-שכבות עבור כיתה 60,000 ומעלה; מדחס בודד צריך להיות מצויד במסנן נפרד, והוא מסודר בחזית הרוח.
טורבינת קיטור: הקיטור בלחץ-הגבוה מתרחב כדי לבצע עבודה, ומניע את האימפלר הקואקסיאלי להסתובב, ובכך משיג עבודה על נוזל העבודה. צורות נפוצות כוללות עיבוי מלא, לחץ אחורי מלא ועיבוי מיצוי, והנפוץ יותר הוא עיבוי מיצוי.
מדחס אוויר: יחידות הפרדת אוויר גדולות משתמשות בעיקר במדחסים צנטריפוגליים איזותרמיים-יחידים. צריכת האנרגיה של מיובאים נמוכה בכ-2% מזו של מקומיים, וההשקעה גבוהה ב-80%; השקע מאוורר, ולא הוגדר צינור חזרה. ישנה דרישה מינימלית נגד זרימת יניקה-, ושבשבת מוביל הכניסה משמשת לוויסות הזרימה. יחידות מיובאות ויחידות ביתיות הן כולן ארבעת-הדחיסה ותלת-הקירור (השלב ​​האחרון אינו מקורר). מדחס האוויר הראשי מצויד במערכת שטיפת מים כדי לשטוף את המשקעים על פני האימפלר והוולוט בכל מפלס, שהוא סט שלם עם המנוע הראשי.
בוסטר: יחידות הפרדת אוויר גדולות משתמשות בעיקר במדחסים צנטריפוגליים איזותרמיים-יחידים ומדחסים צנטריפוגליים עם גלגלי שיניים. ביניהם, לסוג הגיר יש יתרון גדול יותר בצריכת אנרגיה, במיוחד בתנאים עם לחץ גדול יחסית.

(II) מערכת קירור מוקדמת
תפקידה של מערכת הקירור המקדים הוא לקרר מראש את האוויר כך שבשלב הבא ניתן לטהר את המים, הפחמן הדו חמצני, האבק ושאר זיהומים באוויר הדחוס. הציוד העיקרי כולל מגדל קירור אוויר, מגדל קירור מים, משאבות קירור ומים מצוננים וכו'.
מגדל קירור אוויר: קיימות שתי צורות: סירקולציה סגורה (מגדל קירור האוויר מחולק לשני חלקים, החלק העליון והתחתון, והמים הצוננים מסתובבים בין החלק העליון של מגדל קירור האוויר למגדל קירור המים) וסירקולציה פתוחה (למערכת המים הזורמים). מחזור סגור משמש בעיקר במפעלים כימיים עם איכות מים ירודה, שיש להשלים עם מים מתוקים וכימיקלים; זרימה פתוחה נמצאת בשימוש נרחב, אך גם מערכת המים המוזרמים צריכה להיות מתווספת באופן קבוע עם מים מתוקים, ויש לקחת בחשבון את תנאי העבודה בקיץ. העיצוב שלו הוא בדרך כלל טבעת כדור נירוסטה φ76 מטר (התנגדות לטמפרטורה גבוהה) בתחתית, טבעת כדור פוליפרופילן מחוזקת 3 מטר φ76 (שטף גדול), וטבעת כדור פוליפרופילן מחוזקת 4 מטר φ50.
מגדל קירור מים: ישנם שני סוגים: סוג דו-שלבי (כאשר אין מקור קור חיצוני, קיבולת הקור של חנקן מלוכלך יבש משוחזרת במלואה כדי להבטיח את מערכת הקירור המוקדמת-, אך ההתנגדות גדולה פי שניים, 7 מטרים + 7 מטרים φ50 פוליפרופילן כדורי כדור חיצוני) וסוג אחד- יש מקור קר חיצוני, 5 מטרים. טבעת כדור פוליפרופילן).
אחרים: בדרך כלל, כל כניסות המים במערכת ה-הקירור חייבות להיות מצוידות במסננים (בדרך כלל 6 יחידות: 4 משאבות מים, כניסת מים למגדל קירור המים וכניסת מים לצד האידוי של הצ'ילר) כדי למנוע חדירת זיהומים למערכת. בדיקת ההשפעה היא: גז היציאה של קטע האריזה התחתון של 4 מטר נמוך במעלה אחת ממי הכניסה; גז היציאה של חלק האריזה העליון של 8 מטר גבוה במעלה אחת מהמים. בדרך כלל, מדחום מוגדר באמצע מגדל קירור האוויר (נמשך פנימה).

(III) מערכת טיהור
תפקידה של מערכת הטיהור הוא להסיר זיהומים כמו לחות, פחמן חד חמצני, פחמן דו חמצני, מימן ופחמימנים באוויר כדי להבטיח את טוהר החנקן, החמצן והארגון במוצרי האוויר. הסופחים המשמשים הם זרימה צירית אנכית, מיטה כפולה- אופקית וזרימה רדיאלית אנכית.
זרימה צירית אנכית: משמש בעיקר לציוד הפרדת אוויר מתחת לרמה של 10,000 (הקוטר הגיע ל-4.6 מ'), עובי המיטה 1550∽2300 מ"מ, ניתן לארגן שכבה -כפולה או יחידה- וחלוקת זרימת האוויר היא הטובה ביותר.
מיטה דו-שכבתית אופקית-: משמשת בעיקר לציוד הפרדת אוויר- גדול ובינוני, עובי המיטה 1150 מ"מ (מסננת מולקולרית) + 350 מ"מ (ג'ל אלומיניום).
זרימה רדיאלית אנכית: יכולה לנצל ביעילות את החלל הפנימי של המיכל, כך ששטח שכבת הספיחה בקוטר זהה יורחב בכפי 1.5, להפחית ביעילות את גובה המגדל, ושיטת המיקום האנכי תופסת שטח קטן יותר. מכיוון שזרימת האוויר מפוזרת באופן שווה, בניגוד לזרימת האוויר הלא אחידה של הסופח האופקי, כמות המסננת המולקולרית מצטמצמת ב-20%, וגם צריכת אנרגיית ההתחדשות נחסכת ב-20%. עם זאת, החיסרון הוא שמרכז זרימת האוויר מרוכז (אזור בצורת מאוורר), וזמן החדירה מהיר יותר מהסוג האופקי (נדרש CO₂＜0.5ppm). עובי המיטה הוא 1000 מ"מ+200 מ"מ, שיכול לעמוד בתצורה של ציוד הפרדת אוויר מעל 20,000 רמות.

IV מערכת חילופי חום
מטרת מערכת חילופי החום היא לקרר עוד יותר את האוויר לקראת פעולת הזיקוק הבאה. מקור האנרגיה הקרה הוא אידוי של חלק מהאוויר דרך מרחיב הטורבינה. המבנה שלו הוא מסוג רב-שכבתי-סנפיר. הלוגיסטיקה בין ערוצים סמוכים מועברת היטב בחום דרך הסנפירים. הוא משמש לקירור האוויר הדחוס שנספג במסננות מולקולריות כדי להסיר מים ו-CO₂. כל גז ריפלוקס (נוזל) מחומם כאן לטמפרטורת החדר.
באופן קפדני, העיצוב של מספר זרמים של מדיה מעורבת באותו מחליף חום יכול לאזן באופן אוטומטי את העברת החום של כל מדיום ולמזער את צריכת האנרגיה. עם זאת, עבור תהליך הדחיסה הפנימי, כל מחליפי החום יהיו מחליפי חום-בלחץ גבוה, מה שיגדיל את ההשקעה. לכן, חסכוני יותר להפריד בין לחץ גבוה לנמוך עבור מחליפי חום דחיסה פנימיים מעל 20,000 רמות, וכל מחליפי החום בלחץ גבוה- מוגדרים מתחת ל-20,000 רמות.

מערכת חלוקה V
מטרת מערכת החלוקה היא לחלק את האוויר הדחוס המטוהר והמקורר עמוק לחמצן, חנקן, ארגון וכדומה צעד אחר צעד. הציוד העיקרי הוא הקופסה הקרה (כולל המגדל הראשי, קירור ראשי, תת-מצנן, מגדל ארגון גולמי, משאבת חמצן נוזלי, משאבת נוזלים וכו').
קופסא קרה: זהו מבנה מתכת מרובע או עגול, שהוא הסמל הגבוה ביותר של סדנת הפרדת האוויר. הוא מלא בחול פנינה כדי להפחית את אובדן הקור. האוויר מופרד בקופסה הקרה באמצעות אפקט הזיקוק על לוחית המגדל והאריזה.
מגדל זיקוק: גוף המגדל גלילי, עם מספר רב של שכבות של לוחות מסננת במגדל התחתון, דלי גלישה מוצב על לוח המסננת, משטח הצפת, ומכוסה בצפיפות בחורים קטנים; המגדל העליון מצויד באריזה רגילה ובמפיץ נוזלים. במהלך הזיקוק במגדל התחתון, הנוזל זורם דרך כל צלחת מסננת מלמעלה למטה בזה אחר זה. עקב השפעת מזווה הגלישה, נוצר גובה מפלס נוזל מסוים על הדוושה. כאשר הגז עובר דרך החורים הקטנים של צלחת המסננת מלמטה למעלה, הוא יוצר קשר עם הנוזל כדי לייצר בועות, מה שמגדיל את שטח המגע של הגז -נוזל, מה שהופך את חילופי החום והמסה ליעילים. מרכיבי נקודת הרתיחה-הנמוכה מתאדים בהדרגה, ורכיבי נקודת הרתיחה-הגבוהה מתנדפים בהדרגה. בחלק העליון של המגדל מתקבל חנקן טהור עם נקודת רתיחה נמוכה, ותחתית המגדל משיגה רכיבי אוויר נוזליים עשירים בחמצן עם נקודת רתיחה גבוהה. במהלך הזיקוק במגדל העליון, הגז עובר דרך המפיץ ועולה לאורך לוח האריזה. הנוזל מופץ באופן שווה על צלחת האריזה מלמעלה למטה דרך מפיץ המים. על פני האריזה, הגז והנוזל נמצאים במגע מלא לחילופי חום ומסה יעילים. תכולת החמצן-הנמוכה בגז העולה ממשיכה לעלות, ומרכיב החמצן-הגבוהה נשטף בכמויות גדולות ליצירת נוזל ריפלוקס, ולבסוף מתקבל חנקן טהור-נמוך בחלק העליון של המגדל, ומתקבל{16}}גבוהה של החמצן הנוזלי לרתיחה.

VI מערכת גיבוי אחסון ואידוי

אחסן, אידוי ומלא את החמצן הנוזלי המפוצל, החנקן הנוזלי והארגון הנוזלי. הציוד העיקרי כולל מיכל אחסון נוזל קריוגני, וופורייזר, משאבת מילוי בקבוקים, פלטפורמת מילוי וכו'.
מוצרי חמצן וחנקן בלחץ נמוך-: הגדר את שסתום ויסות המוצר ואת נתיב זרימת האוורור, אוורור לתוך משתיק קול (החלקים הפנימיים של חנקן הם פלדת פחמן, החלקים הפנימיים של החמצן הם נירוסטה).
חנקן מלוכלך: הגדר לאוורור למגדל קירור מים (להוצאת חנקן מלוכלך, הקצאת גז מחודש והתאמת לחץ המגדל העליון). קוטר מגדל קירור המים נדרש כדי לעמוד בדרישות הפריקה. במיוחד כאשר הכנסת חנקן, לא ניתן להעלות את לחץ המגדל העליון. התנגדות מגדל קירור המים היא 6kPa (אריזה בגובה 8 מטר), הצינור והשסתום הם 4kPa, והפרש הלחץ לאטמוספירה הוא 2kPa, סך הכל 12kPa.
מוצרי חמצן-בלחץ גבוה: מצערת דו-שלבית משמשת לאוורור. ראשית, גז המוצר בלחץ גבוה- מצר ל-10 barG, עובר דרך מפחית אקסצנטרי, לוחית הפחתת רעש מונל מוגדרת באמצע, ואז קוטר הצינור מורחב באמצעות מפחית אקסצנטרי. קצב זרימת מדיום החמצן נשלט מתחת ל-10 מטר/שניה, ולאחר מכן הוא מצר ומאוורר לתוך מגדל משתיק הקול. אלמנט משתיק הקול עשוי נירוסטה.
מוצרי חנקן בלחץ-גבוה: מוצרי חנקן נחנקים תחילה ל-10 בר, עוברים דרך לוחית הפחתת רעשים מנירוסטה, ולאחר מכן עוברים לתוך מגדל משתיק הקול לצורך מצערת ואוורור. אלמנט משתיק הקול הוא פלדת פחמן.
שסתום חמצן: חובה לא להפעיל אותו ידנית (אסור על שסתום הוויסות עם גלגל יד, והשסתום הידני ממוקם בתוך הקיר חסין פיצוץ).