Luftrenneinheit

Was ist eine Luftrenneinheit?

 

Eine Luftrenneinheit ist eine Industrieanlage. Es funktioniert zuerst durch Kühlung und verflüssige Luft. Wenn sie dann die kryogene Destillation nutzt, die auf den verschiedenen Siedepunkten von Gasen in der Luft basiert, trennt sie die Atmosphäre in Hauptkomponenten, hauptsächlich einschließlich Sauerstoff, Stickstoff und Argon. Die produzierten reinen Gase werden in Industrie- und medizinischen Bereichen häufig eingesetzt. Der Prozess ist Energie - intensiv und basiert auf Komponenten wie Kompressoren, Destillationssäulen und molekularen Siebe. Außerdem kann eine ASU die Atmosphäre in ihre primären Komponenten wie Stickstoff, Sauerstoff und manchmal Argon und andere seltene Gase, die typischerweise aus Elementen wie Luftkompressoren, Luftreinigungssystemen, Wärmetauschern, kryogenen Kühlsystemen und Destillationssäulen bestehen, unterteilen.

Luftrennmethoden

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Kryogene Destillation

Kryogene Destillation kühlt zuerst Luft ab, um sie zu verflüssigen, und trennt ihre Komponenten dann selektiv auf ihren Siedepunktunterschieden durch Destillation. Dies erzeugt hoch - Reinheitsgas, verbraucht aber viel Energie. Das System erfordert streng integrierte Wärmetauscher und Trennungssäulen, um die Effizienz aufrechtzuerhalten, wobei die Kühlungsenergie vom Einlassluftkompressor kommt.
Um niedrige Temperaturen zu erzielen, verwenden Lufttrennungsanlagen zwei Kühlzyklen: die Verwendung isothermischer Drosselung über ein Drosselgerät oder eine isentropische Expansion über einen Expander. Kryogene Geräte müssen in einer "Kaltkiste" (isoliertes Gehäuse) untergebracht werden, um Kühlverluste zu minimieren.

 

Andere Luftrennungsmethoden

●Membran -Trennungstechnologie: Niedriger Energieverbrauch und flexible Parameter. Raum - Temperaturpolymermembranen produzieren 25% - 50% Sauerstoff - angereicherte Luft; Keramikmembranen (ITM und OTM) erfordern Temperaturen von 800 - 900 Grad und können hoch - Reinheitssauerstoff von mehr als 90%produzieren. Sie können verwendet werden, um Sauerstoff - abgereicherte oder Stickstoff - angereichertes Gas für Passagierflugzeug-Brennstofftanks zu produzieren, um das Risiko zu verringern, und können auch Sauerstoff angereicherte Luft für Piloten mit hoher Altitude und unauflösendes Flugzeug liefern.

●Druckschwing -Adsorption (PSA): PSA bei Raumtemperatur und keine Verflüssigung erfordert, verwendet Zeolith (ein "molekularer Schwamm") für eine hohe - Druckadsorption und reduziert - Druckdesorption, um Sauerstoff und Stickstoff zu trennen. Dieser kompakte Kompressor kann verwendet werden, um tragbare medizinische Sauerstoffkonzentratoren herzustellen. Vakuumdruckschwung Adsorption (VPSA) ist ähnlich, wobei nur das Zielgas bei subatmosphärischem Druck desorbiert wird

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Arbeitsprinzip einer Luftrenneinheit (ASU)

Obwohl Lufttrenneinheiten eine Vielzahl von Technologien verwenden können, wie z. B. Membrantrennung und Druckschwingadsorption, bleibt die kryogene Fraktionierung (Destillation) die Mainstream -Kerntechnologie für die effiziente, hohe - -Reinheits -Trennung. Der typische Betriebsprozess ist in vier Schlüsselphasen unterteilt:

 

 

Kompressionsstufe

Atmosphärische Luft wird zuerst in die ASU gezogen und greift dann in ein Multi - -Bühnenkompressorsystem zur Druckstufe ein. Der zentrale Zweck dieser Phase besteht darin, den Luftdruck zu erhöhen, wodurch der Energieverbrauch verringert und die Effizienz der anschließenden Kühl- und Trennprozesse verbessert wird. Der Luftdruck wird typischerweise innerhalb eines Bereichs von 5-10 Schnäppchen gesteuert, wodurch die Grundlage für nachfolgende Prozesse gelegt wird.

 

Reinigungsstufe

Die unter Druck stehende Luft führt zunächst durch ein Reinigungssystem, um Verunreinigungen, hauptsächlich Feuchtigkeit, Kohlendioxid und Spuren von Öl, Staub und anderen Schadstoffen zu entfernen. Dieser Schritt ist von entscheidender Bedeutung: Er sorgt für die hohe Reinheit des endgültigen Output -Gases und erfüllt die Anforderungen der industriellen und medizinischen Anwendungen. Es verhindert auch, dass Verunreinigungen in der nachfolgenden Temperaturumgebung mit niedrigem - Temperatur einfrieren oder sich ansammeln, wodurch die Blockierung von Wärmetauschern, Rohrleitungen und anderen Geräten verhindert wird, wodurch ein stabiler Betrieb des Geräts gewährleistet wird.

 

Kühlphase

Die gereinigte Druckluft tritt in ein Kühlsystem ein, das aus einem Wärmetauscher und einem Kühlzyklus (wie der Linde- oder Kraut -Zyklen) besteht, wo sie allmählich auf eine niedrige Temperatur abgekühlt wird. Da die kryogene Fraktionierung auf den Unterschieden in den Siedepunkten zwischen gasförmigen Komponenten basiert, senkt der Kühlprozess die Luft auf seine Verflüssigtemperatur, wobei die gasförmige Luft in flüssige Luft umgewandelt wird, wodurch sie auf die anschließende Destillationstrennung vorbereitet wird.

 

Trennstufe

Liquid Air wird in einen einzelnen - oder multi - Stufe Destillationsturm eingesperrt, wobei seine Komponenten durch brüchliche Destillation getrennt werden. Die Unterschiede in den Siedepunkten zwischen den Gasen sind für die Trennung von entscheidender Bedeutung: Stickstoff mit dem niedrigsten Siedepunkt verdampft und steigt zuerst aus der flüssigen Luft und wird an der Oberseite des Turms gesammelt. Sauerstoff mit seinem höheren Siedepunkt bleibt am Boden des Turms und wird als Flüssigkeit oder Gas entladen. Wenn Argon getrennt werden muss, kann sein Siedepunkt zwischen Stickstoff und Sauerstoff liegt, es kann durch einen speziellen Destillationsabschnitt aus der Mitte des Turms extrahiert werden.

Betriebsprozess und Kernkomponenten der Luftverzerrung (ASU)

 

Die Druckluft aus dem Luftkompressor wird zuerst durch ein Luftkühlsystem vor - abgekühlt, bevor sie von molekularen Siebe entfernt werden, um Verunreinigungen wie Feuchtigkeit, Kohlendioxid und Kohlenwasserstoffe zu entfernen. Die gereinigte Luft wird dann in zwei Pfade aufgeteilt: einer wird direkt in die obere Säule des Destillationsturms gesendet, während der andere von einem Expander erweitert und abgekühlt wird, bevor er in die untere Säule geschickt wird. Innerhalb des Destillations -Turms werden der steigende Dampf und die fallende Flüssigkeit einen Wärmeaustausch und eine Trennung unterzogen, wodurch letztendlich hohe - Reinheitsstickstoff oben in der oberen Spalte und hoch - Reinheit Sauerstoff am Boden hergestellt wird.
 

● Kompressionssystem:

Bestehend aus einem Lufteinlassfilter (zum Filterstaub), einem Luftkompressor (zum Druck der Luft), einem Luftkompressor -Interstage -Kühler (zur Verringerung der Temperatur und zur Aufrechterhaltung der Effizienz) und eines Luftkompressor -Entlüftungsschallders (zur Reduzierung von Geräuschen).

● PRE - Kühlsystem:
Ein Wasser - Kühlturm, eine Luft - Kühlturm (um Wärme auszutauschen und die Temperatur zu reduzieren), eine Wasserpumpe (zur Bereitstellung von Kühlwasser) und eine Kälte (um eine tiefe Kühlung zu sorgen).

● Reinigungssystem:
Der Kern ist ein molekulares Sieb Adsorber (um Verunreinigungen zu entfernen), gekoppelt mit einem Stickstoffentlüftungsschalldämpfer (um das Abgasgeräusch zu verringern).

● Wärmeaustauschsystem:

Beinhaltet den Hauptwärmetauscher (zum Wärmeaustausch zwischen Luft und niedrigem Temperaturgas, um die Temperatur zu reduzieren) und den Subkühler (für Kühlung flüssiger Produkte zur Reduzierung von Verdampfungsverlusten).

● Destillationssystem:
Enthält den Destillationsturm (für Gas - Flüssigkontakt -Trennung) und den Kondensator - Verdampfer (zur Aufrechterhaltung des Destillationszyklus).

● Produktliefersystem:

Bestehend aus einer Druckregulationsstation (zur Druckregulierung) und einer Messstation (zur Durchflussmessung).

● Backup -System von Flüssigkeitsspeichern:

Beinhaltet flüssige Lagertanks (zum Speichern von flüssigem Sauerstoff und flüssigem Stickstoff), Gaslagertanks (zum pufferenden gasförmigen Produkten) und einem flüssigen Verdampfer (für die Notfallflüssigkeit - zu - Gasumwandlungen).

Luftrenneinheit Anwendungen

 

 

 

 

 

Medizinische Gesundheitsversorgung
 

Industrielle Fertigung
 

Essen und Getränke
 

Energieerzeugung

 

Luftrenneinheit im industriellen Gase -Prozess

Luft besteht hauptsächlich aus Stickstoff (ungefähr 78,1%), Sauerstoff (ungefähr 20,9%), Argon (ungefähr 0,9%) und geringen Mengen anderer Gase. Derzeit ist die am weitesten verbreitete Luftabrechnung in der Industrie die kryogene Trennung, auch als kryogene Destillation bekannt. Dies beinhaltet im Wesentlichen eine Verflüssigung von Gas, wobei typischerweise mechanische Methoden wie Drosselerweiterung oder adiabatische Expansion verwendet werden. Luft wird zuerst komprimiert und abgekühlt und dann unter Verwendung der Unterschiede in den Siedepunkten zwischen Gasen destilliert, um sie zu trennen.

Schlüsselknoten und Funktionen des Prozessflusses

● Luftströmung

Ein grundlegender Eingabeparameter (gemessen in nm³/h), der die ASU -Produktionsskala/Kapazität (z. B. 68.500 nm³/h für ein Medium - -Angroße ASU unter normalem Betrieb) direkt bestimmt.

Anomalien: Plötzlich erhöht die Überlastkompressoren (höherer Verschleiß-/Energieverbrauch) und stören die Reinigung/Kühlung/Destillation (unausgeglichenes Gas - Flüssigkeit/Thermodynamik, niedrigere Effizienz/Ertrag); Übermäßig niedriger Durchfluss reduziert die Auslastung der Geräte und erhöht die Kosten für die Einheiten.

● Druckluftfluss

Durchflussrate ändert sich nach - Komprimierung; Der Auslassfluss muss dem Systemprozess übereinstimmen, ausreichend Druck für kryogene/Destillationsoperationen sicherstellen und die Stabilität aufrechterhalten.

Steuerung: Stellen Sie die Einlassführung Schaufelöffnung oder Kompressorgeschwindigkeit für eine präzise Durchfluss-/Druckregelung ein.

Risiken: Überdruck verursacht Ausrüstungsgefahren; Unzureichende Druckgrenzen verflüssige/trennung; Ein instabiler Strömung beeinträchtigt das molekulare Siebadsorption (unzureichende Verunreinigungsentfernung).

● gereinigte Luftflussrate

Kritisch für die kryogene Trennung nach Entfernen von Feuchtigkeit/Co₂/Kohlenwasserstoffen über Lufttrockner; Erfordert Stabilität und Konformität.

Auswirkungen: Abnormale Flussbalances fraktionierende Turmgas - Flüssigverhältnis (z. B. übermäßige Flussgeschwindigkeit erhöht den Gasaufstieg, verkürzt die Kontaktzeit/Effizienz und Produktreinheit); Über - Standardverunreinigungen verursachen kryogene Ausrüstungsversuche/Verstopfung.

● Gas - Flüssige Durchflussraten in Destillationstürmen

Gas - Phasenflussrate: Schlüssel für die Effizienz (z. B. die anfängliche Destillation im Doppel - Turm Der untere Turm erzeugt steigende Stickstoff/absteigende Sauerstoff - Rich Flüssigkeit). Der angemessene Fluss sorgt für ausreichende Gas - Flüssigkontakt (Wärme-/Massenaustausch); Überschüssiger führt zu einer Überschwemmung des Turms (Flüssigkeitsansammlung, gestörter Destillation) und einer geringen Trennungseffizienz.

Flüssigkeit - Phasenflussrate: Gegenströme mit Gas; Flow (z. B. gedrosselter Sauerstoff - reicher Flüssigkeit vom unteren Turm bis zum oberen Turm) muss mit dem Gasfluss übereinstimmen. Überschüssige Überschwemmungen Türme; Insuffizienz verringert Verunreinigungswäsche (schlechte Reinheit); Unstabiler Fluss beeinträchtigt den Kondensator - Verdampfer Wärmeaustausch (beeinflusst die Energiebilanz/Trennung).

● Produktgas- und Abfallgasdurchflussraten

Produktsauerstofffluss: vom Benutzerbedarf gesteuert (z. B. hoher Durchfluss für die Stahlherstellung, hohe Reinheit für den medizinischen Gebrauch); Eingestellt über Destillationsparameter (Rückflussverhältnis, Temperatur, Druck). Schwankungen wirken sich auf die Produktion (z. B. instabile Stahlherstellungseffizienz/-qualität).

Produktstickstofffluss: präzise kontrolliert (über Destillationgas - Flüssigkeitsverteilung, Flüssigkeitsstickstoff für Flüssigkeiten) für Chemikalien/Elektronik (z. B. stabile Hoch - Reinheitsstrogen als Chip -Shielding -Gas); Abweichungen verursachen Oxidation.

Abfallgasstrom: Enthält nicht getrennte Gase; Nach dem Expanderkühlung regeneriert ein Teil kühle molekulare Sieben, Restschlitze. Der Überschuss zeigt eine niedrige Trennungseffizienz (verschwendetes Gas, hohe Energie) und eine schlechte Siebregeneration (verringerte Adsorption/Stabilität).

Durchflussregelungs- und Regulierungsmethoden

● Ventilregulierung

Drosselklappenventil: Ein Drosselklappenventil ist ein häufig verwendetes Durchflussregelgerät, das den Durchfluss steuert, indem die Ventilöffnung variiert, um die Flüssigkeitsfläche zu ändern. In Lufttrenneinheiten werden häufig Drosselklappen verwendet, um den Strömung von Vorschubluft, Druckluft sowie die Gas- und Flüssigkeitskomponenten in jeder Säule zu steuern. Bevor die Luft in eine Destillationssäule eingeht, kann beispielsweise ein Drosselklappenventil verwendet werden, um die Durchflussrate anzupassen, um die Futteranforderungen der Destillationssäule zu erfüllen. Während die Drosselklappenventile Vorteile wie einfache Struktur und einfache Betriebsfunktion bieten, erzeugen sie auch einen bestimmten Druckabfall während des Einstellungsprozesses, was zu einem Energieverlust führt.

Regulierungsventil: Ein Regulierungsventil wird typischerweise in Verbindung mit einem automatisierten Steuerungssystem verwendet, um die Ventilöffnung automatisch gemäß einer festgelegten Durchflussrate anzupassen. Die Regulierungsventile werden häufig an wichtigen Durchflussregelpunkten in Lufttrenneinheiten wie den Ausgangspipelines für Produktsauerstoff und Stickstoff installiert. Basierend auf realen Zeitflussdaten - stellt ein Controller die Ventilöffnung automatisch an, um die Durchflussrate innerhalb des festgelegten Bereichs beizubehalten. Im Vergleich zu Drosselklappen bieten die Regulierungsventile eine höhere Regulierungsgenauigkeit und eine schnellere Reaktion, wodurch sie während des Betriebsbetriebs an die unterschiedlichen Betriebsbedingungen anpassungsfähiger werden.

● Kompressoreinstellung

Einstellung der Einlassführung Schaufel: Für Zentrifugalluftkompressoren kann das Einlassluftvolumen durch Einstellen des Winkelwinkels der Einlass -Leitschaufeln variiert werden, wodurch die Druckrate der Druckluft gesteuert wird. Um die Druckrate des Drucklufts zu erhöhen, wird die Einlassführung der Schaufelöffnung erhöht, damit mehr Luft in den Kompressor eindringt. Umgekehrt wird die Öffnung der Einlasshandbuch -Schaufel verringert, um das Aufnahmeluftvolumen zu verringern. Die Einstellung der Einlasshandwerke bietet die Vorteile eines breiten Anpassungsbereichs und relativ minimaler Energieverbrauch während der Anpassung. Dies stellt sicher, dass die Druckluftströmungsrate den Prozessanforderungen entspricht und gleichzeitig einen effizienten Kompressorbetrieb beibehalten.

Geschwindigkeitseinstellung: Die Durchflussrate kann auch durch Variation der Kompressorgeschwindigkeit eingestellt werden. Mithilfe der Technologie zur Regulation der variablen Frequenzgeschwindigkeit kann die Kompressorgeschwindigkeit basierend auf den tatsächlichen Durchflussanforderungen flexibel eingestellt werden. Wenn das Gerät eine niedrigere Druckluftströmungsrate benötigt, wird die Kompressorgeschwindigkeit verringert. Wenn eine höhere Durchflussrate erforderlich ist, wird die Geschwindigkeit erhöht. Die Geschwindigkeitsanpassung bietet eine schnelle Reaktionszeit und kann sich schnell an Änderungen der Prozessflussrate anpassen, stellt jedoch hohe Anforderungen an das Motor- und Steuerungssystem.

● Reflux -Regulierung

Die Reflux -Regulation ist eine gemeinsame Durchflussregelmethode in Lufttrenneinheiten. In einer Destillationsspalte wird beispielsweise das Gas - Flüssigkeitsverhältnis innerhalb der Spalte durch Anpassen der Rückflussrate gesteuert, wodurch die Destillationseffizienz und die Produktflussrate beeinflusst werden. Um die Produktreinheit zu verbessern, kann die Rückflussrate erhöht werden, um den Destillationsabschnitt innerhalb der Spalte zu ermöglichen, die Verunreinigungen von dem Gas effektiver zu trennen. Um die Produktausbeute zu erhöhen, kann die Rückflussrate reduziert werden. Die Reflux -Regulation muss in Verbindung mit anderen Durchflussregelmethoden verwendet werden, um einen stabilen Betrieb der Destillationssäule unter verschiedenen Betriebsbedingungen sicherzustellen.

Durchflussüberwachung und Sicherheitssicherung

● Durchflussüberwachungssystem

Um den Fluss an ASU -Schlüsselpunkten genau zu überwachen, wird normalerweise ein fortschrittliches Durchflussüberwachungssystem angewendet, das hauptsächlich aus Durchflusssensoren, Signalübertragungsschaltungen und Anzeige- und Steuerinstrumenten besteht.

●Flusssensoren:

Öffnungsplattenflussmesser: Messen Sie den Durchfluss über Druckunterschiede von Fluid, die durch eine Öffnung gelangen; Einfach, niedrig - Kosten, aber begrenzte Genauigkeit.

Wirbeldurchflussmesser: Erkennen Sie die Wirbelfrequenz aus Flüssigkeit, die durch einen Wirbelgenerator verläuft; hohe Genauigkeit, breiter Messbereich.

Massenflussmesser: Messen Sie den Flüssigkeitsmassenfluss direkt, nicht durch Temperatur-/Druck-/Dichteänderungen betroffen; Ultra - hohe Genauigkeit, ideal für die Messung von Produktgasströmungen.

● Signalübertragung und Anzeigesteuerung:

Durchflusssensoren wandeln Durchflusssignale in elektrische/digitale Signale um und übertragen auf Anzeigen und Steuerinstrumente. Diese Instrumente zeigen an jedem Punkt den Zeitfluss {-, auslösen Alarm, wenn der Durchfluss die festgelegten Bereiche überschreitet, und eine Verbindung zum Automatisierungssystem zur automatischen Durchflussanpassung herstellen.

●Sicherheitsmaßnahmen

Abnormale Durchflussschwankungen bei ASUs können Sicherheitsrisiken verursachen, die wirksame Sicherheitsmaßnahmen erfordern:

Flussalarme & Verriegelungen:
Das Überwachungssystem verfügt über obere/untere Alarmgrenzen. Audible/visuelle Alarme aktivieren, wenn der Fluss außerhalb des Bereichs liegt. Interlock -Geräte verhindern schwere Unfälle: z.

Gerätewartung und Pflege:
Behalten Sie regelmäßig die Ausrüstung der Durchflussüberwachung, Steuerungsgeräte und die gesamte ASU auf: Überprüfen Sie die Durchflusssensoren auf Blockierung/Schädigung (sofort reinigen/ersetzen), prüfen/Debug -Ventile (Gewährleistung von Flexibilität/Zuverlässigkeit) und inspizieren Sie wichtige Geräte (z. B. Kompressoren) auf eine stabile Leistung. Dies reduziert die Durchflussstörungen durch Geräteausfälle und verbessert die betriebliche Sicherheit.

Empfohlene Strömungsparameter für Lufttrenneinheiten verschiedener Skalen

●Klein - scale Asus

Geeignet für Szenarien mit niedrigem Gasbedarf, wie Labors und kleinen Fabriken.

Core Parameters: Process air flow rate 50-500 Nm³/h; product oxygen flow rate 10-200 Nm³/h (purity >99.5%), product nitrogen flow rate 20-300 Nm³/h (purity >99.9%).​

Merkmale: Steuern Sie genau die Durchflussrate jeder Komponente, um eine stabile Versorgung mit hohem - Reinheitsgas für kleine - Skalierungsproduktion oder Experimente zu gewährleisten.

●Medium - Skala ASUS

Diene allgemeine Industrieunternehmen weit verbreitet, um den regulären Gasbedarf zu decken.

Kernparameter: Prozessluftflussrate 3.000-20.000 nm³/h; Produktsauerstoffflussrate 1.000 bis 10.000 nm³/h (Reinheit ~ 99,6%), Produktstickstoffflussrate 1.500-15.000 nm³/h (Reinheit bis zu 99,99%).

Merkmale: Höhere Anforderungen an die Durchflussregelung an Schlüsselknoten (z. B. Futterluft, Druckluft, Gas - Flüssigenfluss in Destillationstürmen); Verlassen Sie sich auf fortschrittliche automatisierte Systeme und Präzisionsgeräte, um einen effizienten, stabilen Betrieb und Produktqualität zu gewährleisten.

●Groß - scale Asus

Wird in großen - -Skala Industrieproduktionsszenarien wie großen Stahlmühlen und chemischen Pflanzen verwendet.

Kernparameter: Prozessluftflussrate über 50.000 nm³/h (einige überschreiten 100.000 nm³/h, z. B. eine ASU in einem großen Stahlkonglomerat 80.000 nm³/h); Produktsauerstoffflussrate 30.000-50.000 nm³/h (erfüllt strengen Reinheitsanforderungen für die Stahlherstellung), Produktstickstoffflussrate 40.000-60.000 nm³/h.

Eigenschaften: hohe Schwierigkeit bei der Flusskontrolle; Erfordern Sie fortgeschrittenere und zuverlässigere Überwachungs- und Regulierungstechnologien, um einen stabilen und effizienten Betrieb unter hoher Belastung sicherzustellen und kontinuierlich hoch - Qualitätsgas für große - -Skala -Produktion.

Als einer der professionellsten Hersteller und Lieferanten in China begrüßen wir Sie herzlich in unserer Fabrik in der Hochhandel mit hoher Reinheit mit hoher Reinheit. Alle maßgefertigten Produkte sind mit hoher Qualität und wettbewerbsfähigem Preis.