Башня для грубого аргона

Thread Content

Анализ принципа работы и способы эксплуатации конденсатора грубого аргона. Конденсатор грубого аргона является одним из ключевых компонентов оборудования для извлечения аргона; правильность его эксплуатации напрямую влияет на объем и качество грубого аргона. В тяжелых случаях это может даже повлиять на стабильность процесса дистилляции в установках по разделению газов. На практике часто возникает ситуация, когда для увеличения тепловой нагрузки на конденсатор грубого аргона, то есть для повышения сопротивления в колонне грубого аргона, применяется метод повышения уровня жидкости азота. Этот метод эффективен, когда уровень жидкости аргона в конденсаторе находится на низком уровне. Однако, как только уровень жидкости повышается до определенной отметки, дальнейшее его повышение не приводит к увеличению сопротивления в колонне для обработки сырого аргона; напротив, оно способствует его снижению. Почему происходит такое явление? На самом деле, если мы проанализируем принцип работы и конструктивные особенности конденсатора Йе-Аргон, станет несложно понять причины возникновения этого явления. I. Принцип работы конденсатора грубого аргона. По своей структуре конденсатор грубого аргона имеет сходство с основным конденсационно-эвапоративным устройством. Только на стороне конденсатора грубого аргона средой является жидкий кислород, а на стороне конденсации — грубый аргон 1. Холод, получаемый при использовании грубого аргона, используется для конденсации, в то же время жидкий кислород испаряется. На стороне испарения жидкий азот циркулирует в своих каналах с определенной частотой, то есть в этих каналах постоянно циркулирует большое количество жидкого азота; лишь небольшая его часть нагревается и испаряется. Как показано на рисунке. В обычных условиях соотношение объема циркулирующей жидкости к объему испаряющейся субстанции составляет 7–10 раз. Чем выше коэффициент циклического увеличения, тем выше интенсивность теплопередачи, а значит, и тепловая нагрузка на конденсатор грубого аргона увеличивается. Это приводит к повышению сопротивления в колонне для обработки грубого аргона. При неизменной конструкции конденсатора коэффициент циркуляции в основном определяется температурным разницей в конденсаторе для грубого аргона и уровнем жидкости и газа. II. Влияние разницы температур в конденсаторе грубого аргона на коэффициент циркуляции. Жидкий кислород в каналах испарения нагревается грубым аргоном с конденсирующей стороны; в результате жидкий кислород получает тепло, его температура повышается, и он частично парифицируется, что приводит к снижению его плотности. Таким образом, давление в канале меньше, чем у входа в него, что приводит к тому, что жидкость и воздух движутся вверх по каналу. Следовательно, разница температур в конденсаторе является предпосылкой для формирования циклического ритма. Без этой разницы температур жидкий азот не будет циркулировать автоматически. Разница температур в конденсаторе грубого аргона определяется в основном составом жидкого азота, давлением при испарении, а также уровнем жидкости азота; это будет рассмотрено позже. Состав жидкого азота на стороне испарения конденсатора грубого аргона находится в диапазоне 60–70% O2; при определенном давлении разный уровень содержания кислорода приводит к разным температурам испарения. На уровень содержания кислорода в жидком азоте влияют два основных фактора: первый — это уровень содержания кислорода в жидком азоте, находящемся в нижней части колонны. Чем выше уровень кислорода в этом жидком азоте, тем выше он будет и в жидком азоте, находящемся на стороне испарения. Это приводит к повышению температуры испарения в конденсаторе и снижению средней разницы температур ； Другим фактором является объем обратного потока сжатого воздуха. При проектировании устройства обычно учитывается, что 2–10% от общего количества сжатого воздуха должно идти в качестве обратного потока. В обычных условиях каждое увеличение этого процента на один пункт приводит к снижению содержания кислорода в газе на 0,3–0,4 процентных пункта. Это, в свою очередь, способствует снижению температуры на стороне испарения, что позволяет увеличить разницу температур в конденсаторе. Влияние давления на стороне испарения в системе Liquid Air на температуру испарения в конденсаторе: как правило, чем ниже давление на стороне испарения, тем легче увеличить разницу температур в конденсаторе. Однако давление на стороне испарения нельзя снижать произвольно; оно ограничивается давлением пара жидкого аргона, возвращающегося в соответствующий сечение верхней колонны, то есть они находятся в прямой зависимости друг от друга. Однако в ограниченных пределах допустимо соответствующим образом повысить давление на стороне испарения. То есть некоторые пользователи требуют, чтобы при проектировании колонны для получения сырого аргона учитывалась возможность работы при сниженной нагрузке; в таких случаях целесообразно повысить давление на стороне испарения жидкого кислорода, чтобы уменьшить разницу температур в конденсаторе и тем самым снизить нагрузку. В таком случае для этого необходимо установить регулирующий клапан на трубопроводе, по которому пар с высоким содержанием жидкости возвращается в верхнюю колонну. III. Влияние уровня жидкости на коэффициент циркуляции. Чтобы жидкость циркулировала в каналах теплообменника с пластинами и лопастями с определенным коэффициентом, необходимо поддерживать определенный уровень жидкости, при этом должна соблюдаться определенная разница температур с конденсационной стороной конденсатора. Благодаря наличию этого уровня жидкости на дне стороны испарения создается определенное давление P2, необходимое для преодоления сопротивления потока жидкости и воздуха внутри пластинчатых ребер. В обычных условиях по мере повышения уровня жидкости в контейнере давление P2 на дне также постепенно возрастает. Ускорение потока жидкости способствует повышению коэффициента циркуляции, что позволяет улучшить процесс теплоотдачи в конденсаторе. Это способствует увеличению тепловой нагрузки на конденсатор сырого аргона. Но когда уровень жидкости повышается на определенную высоту, из-за увеличения давления P2 повышается температура насыщения в нижней части агентного контура, что приводит к повышению средней температуры на стороне испарения и снижает среднюю разницу температур в конденсаторе грубого аргона. Таким образом, это не только не увеличивает тепловую нагрузку на конденсатор грубого аргона, но и снижает её; в серьезных случаях это может привести к нарушению нормальной работы колонны грубого аргона. После того, как мы разобрались в принципе работы конденсатора грубого аргона, а также в влиянии таких факторов, как уровень жидкого азота, количество возвращаемой жидкости азота и содержание кислорода в жидком азоте, поступающем из нижней части колонны, нам стало гораздо проще гибко регулировать работу конденсатора грубого аргона и самой колонны. Во-первых, необходимо обеспечить определенную температурную разницу между испарительной и конденсационной сторонами конденсатора грубого аргона. Можно принять следующие меры: 1. Обеспечить относительно стабильные условия работы в верхней части колонны, при этом необходимо сократить содержание азота в грубом аргоне до минимума — обычно оно должно быть ниже 1,5% N2. 2. Регулируйте режим работы нижней башни так, чтобы содержание кислорода в газе, выходящем из нее, находилось в диапазоне 35,5–37,5% O2. 3. Концентрация кислорода в жидком азоте на стороне испарения регулируется путем увеличения или уменьшения значение постоянного расхода жидкого азота в конденсаторе толстого аргона. Во-вторых, во время наладки можно провести тесты на регулировку уровня жидкости. То есть, при условии нормальной работы остальных узлов, уровень жидкости в резервуаре должен постепенно повышаться от низкого к высокому уровню. В начале, по мере повышения уровня жидкости, сопротивление в колонне для обработки сырого аргона также увеличивается. Однако при достижении определенного уровня, если продолжать повышать уровень жидкости, сопротивление в колонне снижается. Это означает, что в таких условиях, если вы хотите дальше снижать сопротивление в колонне, необходимо использовать один из методов, описанных выше (методы 1–3). Понимание этой точки поворота позволяет нам избегать ошибочных действий.