Thiết bị tách không khí là thiết bị hóa lỏng không khí, chưng cất và tách cuối cùng thành oxy, nitơ và các khí hữu ích khác của thiết bị tách khí, được gọi là thiết bị tách không khí. Nhiệt độ hoạt động tối thiểu của nó là 77K. Vào cuối thế kỷ 19, không khí vẫn được gọi là “khí vĩnh cửu”, và sau đó người ta phát hiện ra rằng không khí có thể được hóa lỏng ở nhiệt độ cực thấp, và vì điểm sôi của oxy và nitơ khác nhau, oxy và nitơ có thể được tách ra từ không khí hóa lỏng. Máy phát oxy thương mại đầu tiên được chế tạo vào năm 1903, và ban đầu nó chỉ được sử dụng để hàn khí và cắt kim loại. Ngành công nghiệp sản xuất phân bón nitơ cần nitơ, vì vậy máy phát oxy được phát triển để sản xuất oxy và nitơ đồng thời, được đổi tên thành thiết bị tách không khí.
Nhà máy tách không khí lạnh
1, phương pháp đông lạnh trong quá trình thiết bị tách khí nhằm loại bỏ nước và CO2. Trong quá trình làm lạnh, nước và CO2 kết tủa và đóng băng trong kênh của bộ trao đổi nhiệt. Sau một khoảng thời gian nhất định, kênh được chuyển đổi, và các tạp chất đông lạnh được mang đi bởi khí nitơ bẩn chảy ngược. Theo các loại bộ trao đổi nhiệt khác nhau, chúng được chia thành bộ tái sinh và bộ trao đổi nhiệt tấm-fin chuyển đổi. Theo cách này, hành động chuyển đổi diễn ra thường xuyên, việc khởi động vận hành phức tạp hơn, yêu cầu kỹ thuật cao, và chu kỳ vận hành khoảng 1 năm;2, quá trình thiết bị tách khí theo phương pháp hấp phụ tinh chế bằng sàng phân tử. Trước khi không khí đi vào bộ trao đổi nhiệt chính, các tạp chất được làm sạch bởi thiết bị hấp phụ. Chu kỳ chuyển đổi dài của thiết bị hấp phụ làm đơn giản hóa đáng kể việc vận hành, lượng sản phẩm nitơ tinh khiết không còn bị giới hạn bởi yêu cầu khí chảy ngược, và chu kỳ vận hành có thể đạt tới hai năm hoặc hơn, ngày càng được sử dụng rộng rãi hơn.
Thiết bị tách khí áp suất thấp. Toàn bộ thiết bị bao gồm bốn hệ thống chính: hệ thống nén khí, hệ thống lọc tạp chất và trao đổi nhiệt, hệ thống lạnh và hệ thống chỉnh lưu hóa lỏng. Các thiết bị cơ khí tương ứng bao gồm máy nén tuabin khí, tháp giải nhiệt không khí, bộ giãn nở tuabin và tháp phân đoạn. Nguyên lý hoạt động của thiết bị tách khí áp suất thấp dựa trên lý thuyết về chu trình hóa lỏng và chỉnh lưu. Đầu tiên, không khí đi vào được đưa qua bộ lọc không khí, sau đó được nén và làm mát bởi tháp giải nhiệt không khí của máy nén tuabin đến áp suất 0,5 mpa và nhiệt độ khoảng 303K, sau đó đi vào bộ trao đổi nhiệt chuyển mạch (E1, E2). Hai bộ trao đổi nhiệt có thể loại bỏ nước và carbon dioxide trong không khí, đồng thời thực hiện trao đổi nhiệt. Không khí được làm mát đến gần nhiệt độ hóa lỏng (101K) và được đưa đến tháp dưới, từ đó một phần không khí được bơm đến bộ trao đổi nhiệt (E2) để sưởi ấm. Không khí nóng được kết hợp với một lượng nhỏ không khí lạnh từ tháp dưới và sau đó đi vào bộ giãn nở tuabin để giãn nở đoạn nhiệt, tạo ra lượng lạnh cần thiết, sau đó được gửi đến tháp trên để chỉnh lưu. Không khí còn lại được chưng cất sơ bộ ở tháp dưới. Ở phía dưới, thu được không khí lỏng có hàm lượng oxy 38%, nitơ lỏng tinh khiết với hàm lượng nitơ 99,99% thu được ở đỉnh tháp dưới, và nitơ lỏng bẩn có hàm lượng nitơ khoảng 95% thu được ở giữa. Không khí hóa lỏng, nitơ lỏng tinh khiết và nitơ lỏng ô nhiễm được chiết xuất từ tháp dưới qua van để giảm áp suất xuống khoảng 0,05 mpa, và được gửi đến tháp trên để lấy chất lỏng trào ngược, nơi thực hiện chỉnh lưu nhiệt độ thấp sâu thứ hai và oxy chứa 99,6 ~ 99,8% oxy có độ tinh khiết cao thu được ở dưới cùng của tháp trên, và quá trình trao đổi nhiệt được thực hiện với không khí thông qua bộ trao đổi nhiệt (E4, E2, E1), và nhiệt độ được làm nóng đến nhiệt độ khí quyển. Nitơ có độ tinh khiết cao chứa 99,999% nitơ thu được ở đỉnh tháp trên, và nitơ thải chứa khoảng 96% nitơ thu được ở giữa tháp trên. Tất cả nitơ được làm nóng lại đến nhiệt độ khí quyển bằng các bộ trao đổi nhiệt (E3, E4, E2, E1) và sau đó thải ra khỏi thiết bị. Thiết bị bay hơi ngưng tụ nằm giữa tháp trên và tháp dưới cũng là một thiết bị trao đổi nhiệt, chức năng của nó là làm bay hơi oxy lỏng ở đáy tháp trên thông qua truyền nhiệt, và ngưng tụ khí nitơ ở tháp dưới, vì vậy nó được gọi là thiết bị bay hơi ngưng tụ. Sau khi oxy lỏng bay hơi, một phần của nó được xuất ra dưới dạng sản phẩm, và phần còn lại được sử dụng làm hơi nước bốc lên cần thiết để chỉnh lưu ở cột trên. Một phần nitơ lỏng ngưng tụ ở cột dưới được gửi đến cột trên dưới dạng chất lỏng trào ngược ở cột trên, và phần còn lại là chất lỏng trào ngược cần thiết để chỉnh lưu cột dưới. Vì vậy, thiết bị bay hơi ngưng tụ là một trong những thiết bị không thể thiếu để làm cho tháp trên và tháp dưới có thể đóng vai trò chỉnh lưu. Ngoài các thiết bị chính trên, trong hộp lạnh còn có chất hấp phụ, có thể hấp thụ các tạp chất carbon dioxide và các chất nổ không bị đóng băng trong bộ trao đổi nhiệt (E1, E2). Hộp cũng được trang bị bơm oxy lỏng để lưu thông oxy lỏng và loại bỏ các chất dễ nổ để đảm bảo thiết bị hoạt động an toàn. Bộ trao đổi nhiệt, tháp, máy bơm oxy lỏng và bộ giãn nở tuabin hoạt động ở nhiệt độ thấp được đặt trong các hộp lạnh chứa đầy vật liệu cách nhiệt để giảm tổn thất làm mát. Sản phẩm oxy và nitơ từ hộp lạnh sau đó được đưa đến hệ thống lưu trữ và máy nén tuabin để tăng áp suất đến áp suất yêu cầu cho người sử dụng sử dụng.
Nguyên lý hoạt động của thiết bị tách không khí từ không khí thành oxy tinh khiết
Thiết bị tách không khí, như tên gọi của nó, là một thiết bị sử dụng phương pháp vật lý để tách oxy, nitơ và các thành phần khác khỏi không khí. Nó chủ yếu dựa trên sự khác biệt về điểm sôi của từng thành phần trong không khí và được tách bằng phương pháp chưng cất ở nhiệt độ thấp. Trong quá trình này, không khí trước tiên được nén, tinh chế, sau đó làm lạnh đến nhiệt độ hóa lỏng, tạo thành không khí lỏng. Sau đó, dựa vào điểm sôi khác nhau của từng thành phần trong không khí lỏng, oxy được tách dần ra khỏi các thành phần khác thông qua nhiều quá trình bay hơi và ngưng tụ.
Trong quy trình làm việc của thiết bị tách khí, nén và tinh lọc là những bước đầu tiên. Sau khi không khí được nén bởi máy nén, áp suất tăng đáng kể và nhiệt độ cũng tăng. Để loại bỏ các tạp chất như hơi nước và carbon dioxide từ không khí, cần phải làm mát và tinh lọc không khí nén. Bước này rất quan trọng để đảm bảo quá trình tách tiếp theo diễn ra suôn sẻ.
Tiếp theo là quá trình làm lạnh và hóa lỏng. Không khí được nén và tinh chế đi vào hệ thống làm lạnh, và nhiệt độ của không khí dần được giảm xuống thông qua trao đổi nhiệt với chất làm lạnh. Khi nhiệt độ không khí giảm xuống nhiệt độ hóa lỏng của nó, hầu hết các thành phần trong không khí (chủ yếu là nitơ và oxy) sẽ ngưng tụ thành trạng thái lỏng. Lúc này, không khí lỏng chứa nồng độ oxy cao hơn.
Giai đoạn cuối cùng là tách và tinh chế. Ở giai đoạn này, không khí lỏng được đưa vào cột chưng cất. Cột chưng cất được bố trí nhiều tầng mâm, mỗi mâm có cả chất lỏng và khí tồn tại cùng lúc. Do nhiệt độ sôi khác nhau của oxy và nitơ, nitơ nhẹ hơn bay hơi trước và đi lên mâm trên trong quá trình chưng cất, trong khi oxy nặng hơn vẫn ở mâm dưới. Thông qua nhiều quá trình bay hơi và ngưng tụ, oxy dần được tách ra khỏi không khí lỏng và được dẫn vào các bồn chứa hoặc cung cấp trực tiếp cho người sử dụng.
Công ty áp dụng công nghệ tách khí ở nhiệt độ thấp tiên tiến quốc tế và hệ thống điều khiển thông minh để đạt được vận hành hiệu quả và ổn định của thiết bị tách khí. Đồng thời, công ty chú trọng đến bảo vệ môi trường và thiết kế tiết kiệm năng lượng, giảm tiêu thụ năng lượng và phát thải thông qua tối ưu hóa quy trình và nâng cao hiệu suất thiết bị. Những ưu điểm kỹ thuật này giúp thiết bị tách khí của công ty có sức cạnh tranh mạnh mẽ trên thị trường.