Воздухоразделительные установки

ВРУ состоит из 2-х секций. Ожижительной и разделительной. Ожижительная секция предназначена для получения жидкого воздуха, вернее, жидкой флегмы, в которой массовая доля кислорода чуть выше, чем в воздухе, за счет более высокой температуры кипения, как следствие при испарении в парах над флегмой больше низкокипящих компонентов, таких как азот.

Ожижительная секция состоит из блока комплексной очистки и осушки (БКОО), компрессора, ряда теплообменников, расширителя, в роли которого выступает дроссель или детандер, и оканчивается резервуаром для скопления сжиженной флегмы. Чаще всего, резервуаром для флегмы является дно ректификационной колонны.

Как правило, в системе стоит от 2-х и более теплообменников. Первый теплообменник работает при положительных температурах, и предназначен для охлаждения сжатого компрессором воздуха, окружающим воздухом. Последующие теплообменники охлаждают сжатый воздух путём теплообмена с исходящими продуктами: кислородом, азотом или флегмой.

Разделительная секция чаще всего состоит из ректификационной колонны, конденсатора-испарителя и ряда азото-кислородных теплообменников. Количество ректификационных колонн зависит от того какой газ или жидкость получается в установке. Так при получении только газообразного азота в установке находится 1 колонна. При получении кислорода в установке будет находится: верхняя и нижняя колонны и конденсатор испаритель между ними . При получении аргона в установке будет находиться 4 колонны: нижняя, верхняя, сырого аргона, чистого аргона. Остальные газы (ксенон, криптон, неон) находящиеся в воздухе получают в крупных ВРУ в виде смесей, из которых далее, в специальном оборудовании, выделяют эти газы в чистом виде. Неон и гелий при работе ВРУ накапливаются в конденсаторе-испарителе в виде некондесируемой фракции и начинают мешать процессам конденсации азота, для их удаления предусмотрен вентиль стравливания.

Воздух, прошедший ряд фильтров механической фильтрации, попадает в компрессор, где сжимается до давления цикла, далее воздух поступает в БКОО, где с помощью абсорбентов из него удаляются влага, двуокись углерода и углеводороды, после чего воздух попадает в теплообменники. После них он попадает в нижнюю ректификационную колонну, где ректифицирует на кубовую жидкость (~ 35 % O₂, 2 % Ar, остальное — азот) и газообразный азот с чистотой ~99,99 %.

Если установка получает помимо азота ещё и кислород, то кубовая жидкость подается в середину верхней ректификационной колонны, а жидкий азот в верх верхней ректификационной колонны. Из верха верхней ректификационной колонны отбирается газообразный азот, внизу собирается жидкий кислород. Жидкий кислород попадает в конденсатор-испаритель, который производит теплообмен с газообразным азотом нижней ректификационной колонны. Со временем в конденсаторе-испарителе накапливается неон и гелий, что предусматривает установку вентиля для стравливания этих газов.

подразделяются[1]:

• по давлению цикла разделения: P = 15 ÷ 20 МПа — высокое давление, P = 4 ÷ 7 МПа — среднее давление, P = 0,5 ÷ 1,2 МПа — низкое давление. Основано на классификации компрессоров по давлению нагнетания. Тем же образом классифицируют адсорбционные и мембранные установки разделения воздуха.
• по производительности:
  • малой V_к = 30 ÷ 300 (м³ N₂ или O₂)/час при нормальных условиях (T₀ = 273 K, P₀ = 760 мм рт.ст. = 101325 Па = 1 атм);
  • средней V_к = 300 ÷ 3000 (м³ N₂ или O₂)/час при нормальных условиях;
  • высокой V_к > 3000 (м³ N₂ или O₂)/час при нормальных условиях;
• по состоянию получаемого продукта:
  • Для получения газообразных продуктов;
  • Для получения жидких продуктов;
  • Для одновременного получения продуктов в жидкой и газообразной фазах;

Существуют малые ВРУ в которых в качестве ожижительной части используется газовая криогенная машина, работающей по обратному циклу Стирлинга. Рабочим газом в такой машине в большинстве случаев является гелий.

Расшифровка названия:[1]

После тире в названии ВРУ указывается её производительность по первому продукту в тыс.м³/ч или тыс.кг/ч если речь идет о жидких продуктах.

• А — получение газообразного азота
• Кд — получение газообразного кислорода
• Аж — получение жидкого азота
• Кж — получение жидкого кислорода
• Ар — получение газообразного аргона
• Кт — получение технологического (чистота 95 %) кислорода

Пример: установка АжКж-0,6 получает жидкий азот в количестве 0,6 тыс.кг/ч, а также жидкий кислород. Установка КА-5 производит газообразный кислород в количестве 5 000 м³/ч, а также газообразный азот.