1.2 Теоретичні основи обраного методу

Ректифікація-процес розділення зрідженого газу, оснований на різній температурі кипіння компонентів газу. Один компонент рідкої суміші кипить при низькій температурі і називають низько- киплячим компонентом (НК), а інший при високій температурі - (ВК). При цьому низько-киплячий компонент швидше переходить в газоподібний стан, а високо киплячий залишається в рідкій фазі і утворює дистилят.

В процесі ректифікації використовують колонні апарати, в яких знизу вверх рухаються пари суміші, що випаровуються в кубі колони. Назустріч парі рухається рідина. При взаємодії пари із рідиною відбувається багаторазова конденсація парів та випаровування рідини, в результаті чого пари безперервно збагачуються НК, а рідина ВК. Таким чином в куб колони поступає рідина, що містить майже чистий ВК, а до верху піднімається пара із досить високим вмістом НК.

Пари що виходять із верхньої частини колони, поступають в дефлегматор, де вони повністю конденсуються. Конденсат, що виходить із колони поділяється на дві частини. Одна частина виходить у вигляді готового продукту, а друга називається флегмою, і повертається в колону.

Кількісне відношення флегми до кількості готового продукту (дистиляту) називають флегмовим числом. Він є важливою характеристикою роботи колони.

Основними компонентами повітря є азот, кисень і аргон. Аргон навіть в невеликій кількості суттєво впливає на процес ректифікації так, як точка кипіння аргону лежить між точками кипіння азоту і кисню. Вміст двоокису вуглецю в повітрі в середньому становить 0,03% мол. кількість водяної пари залежить від атмосферних умов. Низько киплячі інертні гази неон і гелій та високо киплячі криптон і ксенон не впливають суттєво на процес ректифікації тому, що вини містяться в невеликій кількості в повітрі та мають значну різницю температури кипіння з основними компонентами. Крім вказаних компонентів в повітрі містяться також домішки такі, як: вуглеводні, окис вуглеводню, закис азоту та ін природні та промислові гази.

Повітря можна подати як подвійну систему, що складається із О₂ і N₂. при атмосферному тиску кисень кипить при температури мінус 182,81 ° С, а азот при мінус 195,61 ° С. Таким чином азот - НК, а кисень - ВК.

Його перед ректифікацією очищають та висушують від вологи в адсорберах, потім повітря проходить через компресор, де повітря стискається до (50-100)* 10⁵ Па і охолоджується до мінус 190 °С та скраплюється. Далі повітря поступає через дросель, де тиск знижується до 6«10⁵ Па, в нижню ректифікаційну колону. Там проходить нагрівання скрапленого повітря в кубі колони. Верхня колона ректифікації працює під атмосферним тиском.

Верхня і нижня ректифікаційні колони з’єднані між собою конденсатором , який служить для верхньої колони випарником.

Чистота одержаних N₂ і О₂ залежить від точного додержання режиму роботи ректифікаційної колони.

1.3.Основні фізико-хімічні властивості початкової сировини допоміжних матеріалів, готової продукції, характеристика їх якості відповідно до стандартів або технічних умов

Основною сировиною для одержання кисню, азоту, аргону, неону, криптону і ксенону є атмосферне повітря.

Молекулярна маса повітря вільного від водяних парів і двоокису вуглецю складає 28,966 повітря при звичайних умовах - безбарвний газ без запаху, кольору та смаку. При охолодженні повітря (при тиску 760 мм.рт.ст.) зниження починається при температурі -192 С. критична температура - 140,63 С, критичний тиск 37,2 атм. Маса одної літри повітря за нормальних умов складає - 1,293 г. При охолодженні повітря (при тиску 760 мм.рт.ст.) його зрідженість починається при температурі мінус 192°С. Критична температура-мінус 140,63 °С, критичний тиск - 3,72 МПа (37,2 кгс/см²).

Склад атмосферного повітря ( відповідно до МВВ 516-93):

азоту -78,09%

кисню 21,00%

інертних газів 1%

концентрація ацетилену не більше 0,5 мг/м³;

концентрація метану, етану, етилену,пропілену, в перерахунку на вуглець, в сумі, не більше 10 мг/м³

Готовою продукцією вузла охолодження та ректифікації повітря є:

• очищене, сухе, охолоджене, стиснуте повітря для живлення пневматичних приладів і засобів автоматизації;

• стиснуте технологічне повітря;

• кисень газоподібний і медичний ;

• кисень газоподібний технічний стиснутий;

• кисень рідкий;

• азот газоподібний стиснутий підвищеної чистоти;

- азот рідкий підвищеної чистоти;

- аргон газоподібний стиснутий ;

- аргон рідкий.

Технічна характеристика повітря для живлення пневматичних приладів і засобів автоматизації повинна відповідати класам забрудненості за ГОСТом 17433-80.

Таблиця 1.1

Клас забрудненості	Розмір твердої часточки, мкм, не більше	Масова концентрація сторонніх домішок, мг/м3, не більше
		Тверді частинки	Вода (в рідкому стані)	Масло (в рідкому стані)
1	2	3	4	5
0	0,5	0,001	Не допускається
1	5	1	500	Не допускається
2
3	10	2	Не допускається
4			800	16

Температура точки роси стиснутого повітря повинна бути: для класів 0,1,3 – нижче мінімальної робочої температури не менше ніж на 10°С; для класів 2 і 4 – не регламентується.

У повітрі завжди є пил. Хімічний склад сухого атмосферного повітря (об'ємна частка, %):

азот – 78,09; кисень – 20,95; аргон – 0,93; неон – 0,0018; гелій – 0,000524; криптон – 0,000114; ксенон – 0,0000087; водень – 0,00005; двоокис вуглецю – 0,03; метан – 0,00015; закис азоту – 0,00005; озон – 0,00001 0,000001.

Фізико-хімічні властивості.

Середня відносна молекулярна маса повітря – 28,98. При звичайних умовах - газ без кольору, запаху і смаку. Маса одної літри повітря при

нормальних умовах складає – 1,293 г. При охолодженні повітря (при тиску 760 мм. рт. ст.) його зрідженість починається при температурі мінус 192°С. Критична температура – мінус 140,63 °С, критичний тиск – 3,72 МПа (37,2 кгс/см²).

Горіння багатьох органічних продуктів у повітрі зумовлено окислювальною дією кисню.

Область застосування.

Стиснуте осушене повітря застосовується для забезпечення роботи приладів КВПіА та засобів автоматизації.

Стиснуте технологічне повітря використовують для енергетичних цілей в механічних і енергетичних цехах ТОВ ’’Карпатнафтохім” та в інших сторонніх організаціях.

Кисень газоподібний і медичний. Максимальний тиск 20 МПа (200 кгс/см²).

Кисень газоподібний технічний стиснутий (для ВХ з об'ємною часткою кисню 99,5 %).Максимальний тиск - 0,7 МПа (7 кгс/см²).

Кисень рідкий.

Азот газоподібний стиснутий підвищеної чистоти 2-го сорту. Максимальний тиск - 0,7МПа (7 кгс/см²).

Фізико-хімічна характеристика азоту.

Азот - газ без кольору, запаху та смаку. Не горить і не підтримує горіння. В хімічному відношенні малоактивний. Вміст азоту в атмосферному повітрі 88,09% об'ємних. При охолодженні азоту до температури нище критичної - 147,1 °С, при тиску 33,5 атм., азот перетворюється в рідину, що кипить при температурі - 195,75 °С.

Азот рідкий підвищеної чистоти 1 -го сорту Густина рідкого азоту при тиску 760 мм рт. ст. складає 808 кг/м³,газоподібного 1,251 кг/м³ (при0°С).

Аргон газоподібний стиснутий. Максимальний тиск - 20 МПа .

Аргон рідкий.

Повітря стиснуте технологічне. Максимальний тиск - 0,8 МПа .

Повітря стиснуте осушене. Максимальний тиск - 0,8МПа .

Азот газоподібний технічний в балонах Максимальний тиск – 16 МПа. Кисень газоподібний технічний 1-го і 2-го сорту і медичний, що випускається по ГОСТу 5583-78.

Кисень рідкий технічний 1-го і 2-го сорту і медичний, що випускається по ГОСТу 6331-78.

Технічні вимоги до газоподібного кисню по ГОСТу 5583-78

Таблиця 1.2

№ п/п	Найменування показника	Норма для марок
		Технічний кисень		Медичний кисень
		1-й сорт	2-й сорт
1	2	3		4
1	Об’ємна частка кисню, %, не менше	99,7	99,5	99,5
2	Об’ємна частка водяних парів, %, не більше	0,007	0,009	0,009
3	Об’ємна частка двоокису вуглецю, %, не більше	не нормується		0,01
4	Вміст оксиду вуглецю	теж		Повинен витримати випробування по п.3.6
5	Вміст газоподібних кислот, лугів	теж		Повинен витримати випробування по п.3.7
6	Вміст озону та інших газів окиснювачів	теж		Повинен витримати випробування по п.3.8
7	Запах	не нормується		відсутній

Фізико-хімічні властивості газоподібного і рідкого азоту

Таблиця 1.3

Назва властивості(константи) та одиниця	Значення фізичної величини з граничними відхиленнями	Джерело інформації
Газоподібний азот
Зовнішній вигляд	Інертний газ без кольору і запаху	ГОСТ 9293-74
Відносна молекулярна маса	28,01	ГОСТ 9293-74
Критичний тиск, МПа, (кгс/см2)	3,46 (34,6)	Технічна документація фірми «Лінде»
Критична температура,˚С	мінус 147,1	Технічна документація фірми «Лінде»
Густина, кг/м3, при 0˚С і 0,1013МПа (1,013кгс/см2)	1,25046	Технічна документація фірми «Лінде»
Розчинність у воді, л/кг при 20˚С і 0,1013МПа (1,013кгс/см2)	0,0156	Технічна документація фірми «Лінде»
Рідкий азот
Зовнішній вигляд	Рідина блакитного кольору	ГОСТ 9293-74
Температура кипіння, ˚С	мінус 195,8	Технічна документація фірми «Лінде»
Густина, кг/л, при мінус 183˚С і 0,1013МПа (1,013кгс/см2)	0,809	Технічна документація фірми «Лінде»