ما هو التقطير المبرد؟
التقطير المبرد هو العملية التي يتم فيها فصل النيتروجين والأكسجين عن الهواء. في بعض الحالات يتم فصل الأرجون أيضًا. ترتبط كلمة "Cryogenic" بدرجات حرارة منخفضة وترتبط كلمة "التقطير" بفصل المكونات عن خليط باستخدام خاصية نقطة غليان المكونات. وهكذا في عمليات التقطير المبردة ، يتم تقطير المكونات التي لها نقاط غليان منخفضة للغاية بشكل انتقائي عند درجات حرارة منخفضة. تنتج هذه الطريقة منتجات عالية النقاء ولكنها أيضًا تستهلك الكثير من الطاقة. تم تطوير طريقة الفصل هذه بواسطة Carl Von Linde في عام 1895 وتم تطبيقها على الصناعات لأول مرة في عام 1902.
يتم تركيب أعمدة التقطير والمبادلات الحرارية التي تعمل على درجات حرارة منخفضة للغاية داخل وعاء كبير معزول يسمى الصندوق البارد. تعمل دورة التبريد على تأثير Joule Thomson ويسمى أيضًا تأثير الاختناق. أثناء الاختناق ، يتم تمرير الغاز عبر صمام معزول أو سدادة مسامية معزولة ، تتغير درجة حرارة الغاز بسبب التغيير في الضغط.
التقطير المبرد للهواء
رسم تخطيطي لخط واحد للتقطير المبرد
التقطير المبرد للهواء
خطوات التقطير المبرد للهواء
المعالجة المسبقة والضغط والتبريد للهواء الوارد.
إزالة ثاني أكسيد الكربون.
نقل الحرارة لجلب الهواء إلى درجة الحرارة المبردة.
تقطير الهواء.
1. المعالجة المسبقة والضغط والتبريد للهواء الوارد
تتكون المعالجة المسبقة للهواء من إزالة الأوساخ باستخدام أجهزة الترشيح. ثم يتم ضغطه وتمريره عبر عدة مراحل من المبردات البينية حيث يتم تبريد الهواء لإزالة بخار الماء.
يجب خفض درجة حرارة الهواء إلى حد كبير إلى درجات الحرارة المثلى المناسبة لمعدات المصب ، وبالتالي يجب في كثير من الأحيان تبريد الهواء أكثر بدورة تبريد ميكانيكية.
يتم إزالة الكثير من بخار الماء في هذه الخطوة.
2. إزالة ثاني أكسيد الكربون
من المهم إزالة بخار الماء وثاني أكسيد الكربون قبل نقل الهواء إلى وحدات المصب لأن درجات الحرارة المنخفضة سوف تتجمد وتسد المعدات.
يتم بعد ذلك تمرير الهواء المعالج والمضغوط والمبرد من خلال المناخل الجزيئية. المناخل الجزيئية عبارة عن مواد مسامية ذات مسام صغيرة جدًا ؛ حجم المسام في حجم حجم الجزيئات. سوف تمر الجزيئات التي يكون حجمها أصغر من المسام عبر المسام والجزيئات التي يكون حجمها أكبر من المسام لن تمر عبرها. يمكن اختيار المواد بشكل انتقائي لامتصاص ثاني أكسيد الكربون وبخار الماء المتبقي
3. نقل الحرارة
لجلب الهواء إلى درجة الحرارة المبردة
يتم تمرير تغذية الهواء الوارد من خلال مبادل حراري حيث يتم استخدام تيار المنتج البارد وتدفق الغازات العادمة من وحدات التقطير المبردة لتبريد الهواء الوارد حتى يصل إلى درجة الحرارة المناسبة لوحدات المصب.
4. تقطير الهواء
من أجل فصل النيتروجين ، عادة ما تكون هناك حاجة إلى عمود تقطير واحد فقط. إذا كان النيتروجين مطلوبًا بدرجة نقاء عالية جدًا ، فسيتم استخدام عمودين للتقطير.
من أجل فصل الأكسجين ، عادة ما تكون هناك حاجة إلى عمودين تقطير. يتم الحفاظ على العمود الأول عند ضغط مرتفع ويتم الحفاظ على العمود الثاني عند ضغط منخفض. الأكسجين هو المنتج السفلي في كل من العمودين والنيتروجين هو المنتج الأعلى.
تكون نقطة غليان الأرجون أقرب إلى نقطة غليان الأكسجين ، وبالتالي في كثير من الأحيان في عملية التقطير ذات العمودين ، تبقى مع الأكسجين بسبب انخفاض نقاء الأكسجين. لإزالة الأرجون ، يتم رسم تيار جانبي حيث يكون تركيز الأرجون هو الأعلى. يمكن بعد ذلك فصل هذا الأرجون عن النيتروجين والأكسجين للحصول على الأرجون النقي.
