Воздухоразделительные установки

Воздухоразделительные установки

Воздухоразделительные установки (ВРУ) — это установки для разделения воздуха на компоненты, а именно на: азот, кислород, аргон, криптон, ксенон и неон. Газовый состав воздуха на земле одинаков, за исключением углекислого газа, аммиака и углеводородов, концентрация которых на несколько (3 и более) порядков меньше, чем содержание азота и кислорода. Воздухоразделительные установки подразделяются по давлению цикла разделения: P = 15 ÷ 20 МПа — высокое давление, P = 4 ÷ 7 МПа — среднее давление, P = 0,5 ÷ 1,2 МПа — низкое давление.

История

За всю свою историю человечество изобрело следующие способы разделения воздуха:

• Фракционное испарение жидкого воздуха;
• Фракционная конденсация паров воздуха;
• Мембранный;
• Адсорбционный;
• Ректификационный.

Развитие ВРУ началось с ожижителей воздуха, первые представители которых являлись четырёхкаскадной системой охлаждения, с несколькими контурами охлаждения на основе борного спирта, аммиака, а также некоторых фракций природного газа (этан, бутан, пропан).

В 1895 году Карл Линде стал первым, кто получил кислород из воздуха путем ректификации. Он создал криогенный цикл, по которому работала установка разделения, в последующем её назвали установка Линде, а цикл разделения воздуха — цикл Линде. В данном цикле применялся изотермический дроссель эффект, который создавался за счет изотермического сжатия в компрессоре и последующего расширения через дроссельный вентиль. Установка работала по циклу высокого давления P = 10 ÷ 15 МПа, с производительностью Vк = 100 (м³ O2)/час и концентрацией xк = 99,5 ÷ 99,7 % O2. Линде впервые создал аммиачную холодильную машину, которую в последующем включил в цикл разделения воздуха (в 1902 год).

Установка низкого давления была изобретена русским ученым Капицей в 1939 году. Установка была предназначена для получения газообразного кислорода и работала по циклу низкого давления P = 0,6 ÷ 0,7 МПа снижение давления было достигнуто путем применения в цикле турбодетандера, а также увеличением на порядок по сравнению с циклом Линде(от 3000 м³ воздуха в час и выше) потребляемого воздуха.