Промышленное производство кислорода
Атмосферный воздух на 21% состоит из кислорода. Большие запасы кислорода хранятся в земной коре, питьевой воде и живых организмах. Кислород наиболее широко используемое веществ, он применяется практически во всех областях промышленной, хозяйственной и медицинской деятельности человека. Это осуществляется благодаря химическим и физическим свойствам которыми обладает кислород.
Промышленное производство кислорода происходит путём разделения атмосферного воздуха. В промышленности применяются мембранный, адсорбционный и криогенный методы получения кислорода.
Криогенный метод разделения воздуха привлекателен тем, что он позволяет получит кислород чистотой до 99,6-99,7%. Промышленное производство кислорода криогенным способом довольно простой способ разделения воздуха, так как разделить его не слишком трудно. Отличие температур кипения кислорода и азота при атмосферном давлении на 12,8⁰С позволяет производить разделение жидкого воздуха на компоненты в ректификационных колоннах. Но для превращения воздуха в жидкость, необходимо его охладить до -196⁰С.
Иными словами, задача по производству кислорода – это задача по получению холода. Решение – в сжатии и последующем расширении атмосферного воздуха, при этом вынудить его выполнять механическую работу. Тогда, как обещают законы физики, воздух будет охлаждаться. Этот процесс происходит в машинах, которые называют детандерами. Основная особенность турбодетандера заключается в том, что расширение воздуха происходит и на лопатках рабочего колеса, и в сопловом аппарате. Газ при этом движется таким образом, что работает против центробежных сил. Аппарат создает холод с помощью воздуха, который сжат до нескольких атмосфер. Используется и энергия, производимая расширяющимся воздухом, она вращает ротор генератора электрического тока.
Единственным недостатком криогенной технологии является её неспособность к периодическим режимам работы. То есть она не способна произвести необходимое количество кислорода и остановиться. А будет работать довольно длительное время до времени разморозки.
Адсорбционный метод разделения воздуха. Эта технология основана на зависимости процесса поглощения компонента газовой смеси от парциального давления и температуры. Поглощение выполняется специальными молекулярными ситами в условиях короткоцикловой адсорбции. Регулирование процесса поглощения компонентов атмосферного воздуха и регенерации адсорбента происходит с помощью изменения давления и температуры. При этом зависимость способности адсорбента к поглощению компонента газа прямо пропорциональна давлению. Соответственно, адсорбция происходит при повышенном давлении, а десорбция осуществляется, когда его понижают.
Адсорбционный метод промышленного производства кислорода довольно экономичный с точки зрения затрат электроэнергии и затрат на эксплуатацию оборудования, в сравнении с другими методами.
Мембранный метод разделения воздуха основан на принципе выборочной проницаемости мембран. Он заключается в разнице скоростей проникновения газов сквозь полимерную мембрану при перепаде парциальных давлений. В мембрану подаётся очищенный сжатый воздух. При этом «быстрые газы» проходят через мембрану в зону с низким давлением и на выходе из мембраны обогащаются легкопроникающим компонентом. Оставшаяся часть воздуха насыщается «медленными газами» и выводится из устройства.
Мембранный метод промышленного производства кислорода характеризуется низкими затратами электроэнергии, затратами при эксплуатации. Однако данный способ позволяет получить кислород низкой чистоты до 45%.
Таким образом, промышленное производства кислорода имеет довольно важное значение. И на предприятиях выбору технологии промышленного производства необходимо уделить много внимания. Так как ошибка в выборе технологии может привести к нарушению технологических процессов, получению внеплановых затрат во время эксплуатации.
