Hava Ayrılma Qurğusu Nədir və Necə İşləyir?

Hava ayrılma qurğuları : Tərif, Əsas Funksiya və Sənaye Rolu

Hava ayrılma qurğuları və ya ümumiyyətlə ASU-lar adlandırılan bu qurğular əsasən krioqenik distillyasiya adı verilən bir proses vasitəsilə normal havadan təmiz oksigen, azot və argon çıxaran böyük fabriklərdir. Bu necə işləyir? Əslində proses əvvəlcə havanın sıxılması ilə başlayır və sonra onu təxminən mənfi 196 dərəcə Selsiyə qədər çox soyudur. Hava bu qədər soyuduqda maye şəklini alır və müxtəlif qazlar fərqli qaynama temperaturlarına malik olduqları üçün bir-birindən ayrılır. Azot əvvəlcə təxminən mənfi 196 dərəcədə, sonra argon mənfi 186 dərəcədə və nəhayət oksigen mənfi 183 dərəcədə qaynar. Bu ayrılmış qazların hamısının müxtəlif vacib tətbiqləri var. Tibbi müəssisələr xəstələrin nəfəs almağına kömək etmək üçün təmiz oksigendən istifadə edirlər. Azot kimya zavodlarında təhlükəsizliyi təmin edir və qida paketlərinin saxlanılmasına kömək edir. Argon isə istənilməyən oksidlərin əmələ gəlməsini qarşısını almaq üçün metalların qaynağında vacib rol oynayır. Dəmir-polad zavodları, mikroçiplər istehsalçıları və tullantı suyu təmizləmə zavodları bu yerüstü qaz təchizatı olmadan fəaliyyət göstərə bilməzlər. İndi isə ASU-ların daha yeni sahələrə — məsələn, daha təmiz hidrogen yanacağı istehsalı və karbon emissiyalarının tutulması — də daxil olmağa başladığını müşahidə edirik. Bu genişlənmə, enerji sistemlərimizi daha ekoloji etmək və iqlim problemləri ilə birbaşa mübarizə aparmaq üçün bu qurğuların nə qədər vacib hal olduğunu göstərir.

Hava Ayrılma Qurğularının İşləmə Prinsipi: Kriogenik Distillə Prosesi

Niyə kriogenika? Havanın mayeləşdirilməsi və ayrılması üçün termodinamik əsas

Kriogen distillasiya havanın komponentlərini ayırmaq üçün belə yaxşı işləyir, çünki bizim işlədiyimiz qazlar əsasən eyni ölçüdədir və kimyəvi cəhətdən çox az reaksiyaya girirlər. Bu, membranlar və ya təzyiq dəyişikliyi ilə adsorbsiya kimi digər üsulların, xüsusilə yüksək təmizlikdə və böyük miqdarda məhsul alınması tələb olunduqda, olduqca effektiv olmamasına səbəb olur. Mühəndislər havanı təxminən mənfi 180 dərəcə Selsiyə qədər soyudarkən oksigen, azot və digər qazlar arasındakı qaynama nöqtələrindəki bu kiçik fərqlərdən istifadə edə bilirlər. Bütün proses bir neçə kompressor mərhələsini əhatə edir, burada hava hər bir addımdan sonra ardıcıl olaraq sıxılır və soyudulur. Bu sıxılma başlanğıc havanın həcmini təxminən yeddi yüz dəfə azaldır, lakin termiki səmərəliliyi praktik olmaq üçün kifayət qədər yüksək qalır. Bəli, bu proses olduqca çox enerji istehlak edir — yalnız bir ton oksigen istehsal etmək üçün təxminən 200–300 kilovat-saat enerji tələb olunur. Lakin bu enerji tələbatına baxmayaraq, kriogen distillasiya, istehsal ehtiyacları böyük olduqda, təmizliyi 99,5% üstündə olan oksigen və 99,999% üstündə təmizlikdə praktiki olaraq mükəmməl azot istehsal etmək üçün əsas metod kimi qalır.

Oksigen, azot və argon çıxarılması: İki sütunlu sistemlərdə fraksiyalı distilləşmə

Hava ayırma qurğuları bu gün həm məhsulun təmizliyini, həm də materialın bərpa olunma səviyyəsini maksimuma çatdırmaq üçün iki sütunlu distillə sistemlərindən istifadə edirlər. Proses 5–6 bar təzyiq səviyyəsində işləyən, bizim «yüksək təzyiqli sütun» adlandırdığımız hissədə başlayır. Burada azotdan zəngin buxarlar təbii olaraq yuxarıya doğru qalxır, ağır oksigenlə zəngin maye isə aşağıda toplanır. Bu maye sonra genişlənmə klapanlarından keçərək ikinci mərhələnin aşağı təzyiqli sütununa daxil olur; bu sütun adətən 1,2–1,5 bar təzyiqdə işləyir. Təzyiqlər arasındakı fərq sistemin bütün hissələrində komponentlərin təmiz ayrılması üçün lazım olan temperatur profilini yaradır. Argon xüsusi bir hal təşkil edir, çünki onun qaynama temperaturu azot və oksigen arasında yerləşir. Buna görə də argon əsas sütunlarımızın arasına strateji şəkildə yerləşdirilmiş xüsusi yan çıxışlarda toplanır və daha sonra ayrı argon təmizləmə qurğularına göndərilir. Belə sistemlərin dizaynı zamanı mühəndislər bir neçə əsas amilə diqqət yetirirlər: geri axımın düzgün nisbətinin təmin edilməsi, səmərəli qabarcıqlı və ya strukturlaşdırılmış doldurucu materialların quraşdırılması və proses boyu termiki idarəetməni dəqiq saxlamağa kömək edən xüsusi lehimlənmiş alüminium istilik mübadiləsi qurğularının daxil edilməsi. Bütün bu mühəndislik nailiyyətləri nəyə gətirib çıxarır? Biz burada oksigen təmizliyindən 99,5% üstü, azotda beş nöqtə (99,999%) təmizlik və argon məhsullarında altı nöqtə (99,9995%) təmizlik danışırıq. Ümumi bərpa olunma səviyyələri sistem dizaynına daxil edilmiş ağıllı daxili təkrar istifadə strategiyaları sayəsində 99%-dən artıqdır.

Müasir Hava Ayrılma Qurğularının Əsas Komponentləri və İşləmə Mərhələləri

Qritik Hava Ayrılma Qurğusu (HAQ) alt sistemləri: Hava sıxışdırılması, təmizlənmə (molekulyar süzgəclər), istilik mübadiləsi və distillyasiya kolonaları

Müasir havanı ayırma qurğuları adətən dörd əsas komponentin birlikdə işləməsi ilə fəaliyyət göstərir. Birinci addımda böyük kompressorlar atmosfer havasını təqribən 5–6 bar təzyiqə qədər sıxır ki, bu da sonradakı mayeləşmə prosesinin daha effektiv keçməsinə şərait yaradır. Sıxmadan sonra molekulyar süzgəc yataqları vasitəsilə havanın təmizlənməsi baş verir; bu zaman hava axınından nəm, karbon qazı və digər hidrokarbonlar çıxarılır. Bu, sistemnin soyuq hissələrində buzun toplanması və korroziya kimi problemlərin qarşısını alır. Təmizləndikdən sonra hava təqribən mənfi 175 dərəcə Selsiyə qədər soyudulan alüminium istilik mübadiləsi aparatlarına daxil olur. Soyutma prosesi çıxan məhsullarla əks istiqamətdə həyata keçirilən ağıllı əks axın üsulu ilə aparılır və bu prosesdə olduqca çox enerji qənaət edilir. Sonuncu mərhələdə isə faktiki olaraq iki distillə kolonnası işləyir. Yüksək təzyiqli kolonna xam oksigen və azotla zəngin buxar əmələ gətirir, ikinci isə aşağı təzyiqli kolonna bu məhsulları daha da təmizləyərək saf oksigen və argon kimi son məhsulları istehsal edir. Sənaye hesabatlarına görə, bu çoxaddımlı yanaşma köhnəlmiş tək kolonno sistemlərinə nisbətən enerji sərfini 15–20 faiz arasında azaldır.

Qəbuldan çatdırılmaya qədər: Saxlama, buxarlaşma və boru kəməri ilə paylayıcı sistemin inteqrasiyası

Proses ətrafdakı havanın süzülmüş halda daxil edilməsi ilə başlayır, sonra bu hava sıxışdırılır və təmizlənir. Distillədən sonra maye oksigen və azot təxminən mənfi 183 dərəcə Selsi dərəcəsində çox soyuq saxlanılan xüsusi saxlama tanklarına daxil olur. Bu tanklar tələbatın dəyişdiyi zaman vacib tampon funksiyası görür və əsas oksigen sobalarından istifadə edən polad zavodları kimi daimi təchizat tələb edən sənaye sahələri üçün çox faydalıdır. Bu kriojen mayelərin paylanması zamanı əvvəlcə ətraf temperaturu və ya buxarla qızdırılan buxarlandırıcılar vasitəsilə keçir, sonra isə təzyiqli boru kəmərlərinə daxil olur. Ağıllı axın nəzarət sistemləri müştərilərin faktiki ehtiyaclarına əsasən təchiz olunan məhsulun miqdarını tənzimləyir və təchizatın etibarlılığını 99,9% -dən yuxarı saxlayır. Daha yaxşı tank izolyasiyası və qaynama nəticəsində ayrılan qazların tutulması kimi müasir istilik idarəetmə üsulları itkiyi köhnə üsullara nisbətən təxminən %30 azaldır və bu da əməliyyatların ümumi səmərəliliyini xeyli artırır.

Performans nəzərə alınmalı olan məqamlar: Enerji istifadəsi, təmizlik səviyyələri və tətbiq sahəsinə xas dizayn

Hava ayırma qurğusundan maksimum fayda almaq üçün onun dizayn xüsusiyyətlərini son məhsulun faktiki tələblərinə uyğunlaşdırmaq lazımdır; ümumiyyətlə maksimum təmizlik səviyyəsini əldə etməyə çalışmadan. Həqiqət odur ki, daha yüksək təmizlik səviyyələrini əldə etmək eksponent olaraq daha çox enerji tələb edir. Məsələn, azot istehsalı üçün: elektronika sənayesində istifadə olunan 99,99%-dən yuxarı təmizlik səviyyəsi əldə etmək üçün qida saxlanmasında adətən istifadə olunan 99,5% oksigen istehsal etməkdən təxminən 40–50% daha çox enerji sərf olunur. Tələb olunandan artıq təmizlik səviyyəsi əldə etmək sadəcə pul və resursların itirilməsinə səbəb olur. Lakin əksinə, minimum standartlara çatmamaq da gələcəkdə ciddi problemlər yarada bilər. Məsələn, oksigenin miniatür miqdarında kontaminasiyası (çirklənməsi) yarıkeçirici plastinlərin istehsalı zamanı onları pozula bilər və ya dərman məhsullarını xəstələr üçün təhlükəli edə bilər. Sənaye qaz emalında keyfiyyət və səmərəlilik arasında optimal balans tapmaq hələ də ən böyük çətinliklərdən biridir.

Yaxşı dizayn israf olunan enerjini azaltmağa kömək edir. Dəyişən sürətli kompressorlar tələbatda dəyişiklik olduqda uyğunlaşır. Kolonlar müxtəlif şəkildə düzülə bilər ki, beləliklə şirkətlər öz imkanlarını addım-addım genişləndirə bilərlər. Eyni zamanda, saxlama səviyyələrinin real vaxtda izlənilməsi operatorlara maye məhsulların istehsal sürətini dəyişməyə imkan verir; bu da israf olunan enerjini təxminən 15–25 faiz azaldır. Bundan əlavə, yeni molekulyar süzgəclər təmizlənmələr arasındakı müddəti uzadaraq eyni zamanda çirkləndirici maddələri effektiv şəkildə aradan qaldırır. Bu, məhsulun daha təmiz və sabit keyfiyyətini təmin edir və zavodların dayanmaya səbəb olmayan uzun müddət ərzində daha səmərəli işləməsinə imkan verir.

Tez-tez verilən suallar

Hava ayırma qurğuları nə üçün istifadə olunur?
Hava ayırma qurğuları, tibbi müəssisələr, kimya zavodları, qaynaq işləri, polad zavodları və başqaları daxil olmaqla müxtəlif sənaye tətbiqləri üçün vacib olan oksigen, azot və argon kimi təmiz qazların alınmasında istifadə olunur.

Krioqen distilləsi hava ayırma qurğularında necə işləyir?
Krioqen distilləsi sıxılmış havanı çox aşağı temperaturda soyudaraq onu maye halına gətirməklə işləyir. Daha sonra müxtəlif qazlar onların fərqli qaynama nöqtələrinə əsasən ayrılır.

Niyə enerji istehlakı nəzərdə tutulur? hava ayrılma qurğuları ?
Çünki havadan qazların krioqen üsulla ayrılmasının prosesi enerji intensivdir; buna görə də xərclərin və ətraf mühitə təsirin azaldılması üçün müəyyən tətbiqlər üçün lazım olan təmizlik səviyyəsi ilə enerji istehlakı arasındakı balansın saxlanması çox vacibdir.