Принцип работы ректификационной нижней колонны.

Аппарат состоит из двух ректификационных колонн. В нижней колонне А происходит предварительное разделение воздуха на жидкий азот и обогащенную кислородом азото-кислородную смесь. Эти жидкости используются затем для орошения верхней колонны Б, в которой воздух окончательно разделяется на кислород и азот. Сжатый компрессором и охлажденный в теплообменнике (теплообменник на схеме не показан) воздух по трубе 1 поступает в змеевик испарителя 3. В кубе 2 находится жидкая смесь, состоящая из 45 % кислорода и 55 % азота. В змеевике 3 воздух конденсируется и через дроссельный вентиль 4 подается в середину колонны А. Стекая, по тарелкам колонны, жидкий воздух встречается с поднимающимися парами, вследствие чего происходит предварительная ректификация жидкого воздуха.

Между верхней и нижней колоннами расположен конденсатор В, состоящий из большого числа вертикальных трубок 8, концы которых впаяны в горизонтальные трубные решетки 9. Внутреннее пространство трубок сообщается с нижней колонной, работающей под избыточным давлением 4,5-5,5 кгс/см². Это давление в нижней колонне устанавливается самопроизвольно в соответствии с тепловой нагрузкой конденсатора.

Рис. Схема колонны двукратной ректификации: А - нижняя колонна; Б - верхняя колонна; В - конденсатор; 1 - труба для подвода сжатого воздуха из теплообменника; 2 - куб колонны; 3 - змеевик испарителя; 4 - воздушный дроссельный вентиль; 5 - тарелки; 6 - кислородный дроссельный вентиль; 7 - карманы конденсатора; 8 - трубки конденсатора; 9 - трубные решетки конденсатора; 10, 12 - трубы для отвода газообразных кислорода и азота; 11 - азотный дроссельный вентиль

При таком способе ведения процесса отпадает необходимость в постороннем теплоносителе для кипения жидкого кислорода и охлаждающем агенте для охлаждения пара в конденсаторе. Взамен этих агентов действуют потоки воздуха, кислорода и азота при различных давлениях. Воздух высокого давления проходит через змеевик испарительного сосуда и вызывает испарение кубовой жидкости с содержанием 36—45% .кислорода. Далее воздух высокого давления проходит через воздушный расширительный вентиль и давление его понижается до 5 ата.

В нижней колонне происходит предварительное разделение воздуха, причем в верхней части получается чистый азот и в нижней — жидкий воздух, обогащенный кислородом до 36—45%. Пары азота в конденсаторе конденсируются и в виде жидкости текут вниз, причем одна часть жидкости попадает в азотные карманы, другая часть стекает вниз по колонне и постепенно обогащается кислородом. Жидкость, обогащенная кислородом, из испарительного сосуда попадает через дроссельный вентиль в среднюю часть верхней колонны, а жидкий азот —в верхнюю часть и в качестве флегмы обе жидкости текут вниз навстречу поднимающимся парам азота, имеющим примерно на 3° более высокую температуру.

Чистый газообразный кислород отводится из верхней части конденсатора, а газообразный азот из верхней части колонны направляется в теплообменники.

Между верхней и нижней колоннами – конденсатор-испаритель. Азот конденсируется и стекает в нижнюю колонну, орошая ее насадку, расположенную выше места ввода жидкого воздуха из испарителя, и обеспечивая процесс ректификации на ней. Часть жидкого азота собирается в карманах конденсатора и через азотный дроссельный вентиль подается на орошение верхней тарелки колонны. В ту же колонну на уровне 2/3 ее высоты, через кислородный дроссельный вентиль подается жидкая азотно-кислородная смесь (кубовая жидкость).

В результате ректификации в верхней колонне, в межтрубном пространстве конденсатора собирается жидкий кислород (99,5-99,8%). Пары его частично поднимаются вверх по колонне и участвуют в процессе ректификации, а частично отводятся как готовый продукт. В нижней ректификационной колонне воздух ректифицирует на кубовую жидкость (~ 35 % O₂, 2 % Ar, остальное азот) и газообразный азот с чистотой ~99,99 %.

Схема установки получения жидкого кислорода и жидкого азота

Схема установки К – конденсатор, А1- влагоотдедитель, А2 – теплообменник ожижитель, А3- влагоотделитель, А4- основной теплообменник, А5 – нижняя часть колонны, А6- переохладитель ( конденсатор-испаритель), А7- переохладитель жидкого кислорода, А8 – верхняя часть колонны, БО – блок очистки воздуха, ТД – турбодетандер.