Аммиак (NH 3) - соединение азота и водорода. Это лёгкий газ с резким запахом. Получение аммиака в промышленности и лабораториях необходимо для производства удобрений, полимеров, азотной кислоты и других веществ.
В промышленности
Аммиак промышленным путём получают из азота, соединяя его с водородом. Азот берут из воздуха, водород - из воды. Впервые метод разработал немецкий химик Фриц Габер. Промышленный способ получения аммиака стали называть процессом Габера.
Реакция проходит с уменьшением объёма и выделением энергии в виде тепла:
3H 2 + N 2 → 2NH 3 + Q.
Реакция обратима, поэтому необходимо соблюсти несколько условий. При высоком давлении и низких температурах объём полученного аммиака увеличивается. Однако низкие температуры замедляют скорость реакции, а повышение температуры способствует увеличению скорости обратной реакции.
Опытным путём были найдены необходимые условия для проведения реакции:
- температура - 500°C;
- давление - 350 атм;
- катализатор - оксид железа Fe 3 O 4 (магнетит) с примесями оксидов серебра, калия, кальция и других веществ.
При таких условиях получившийся газ содержит 30 % аммиака. Чтобы избежать обратной реакции, вещество быстро охлаждают. При низких температурах получившийся газ превращается в жидкость. Неизрасходованные газы - азот и водород - возвращаются обратно в колонну для синтеза. Такой способ помогает быстро получить большие объёмы аммиака, максимально используя сырьё.
Рис. 1. Получение аммиака промышленным путём.
Чтобы найти нужный катализатор, было испробовано 20 тысяч разных веществ.
В лаборатории
Для получения аммиака в лаборатории используется реакция щелочей на соли аммония:
NH 4 Cl + NaOH → NH 3 + NaCl + H 2 O
Также аммиак лабораторным путём можно получить из хлорида аммония, нагретого вместе с гашёной известью, или разложением гидроксида аммония:
- 2NH 4 Cl + Ca(OH) 2 → CaCl 2 + 2NH 3 + 2H 2 O;
- NH 4 OH ↔ NH 3 + H 2 O.
Рис. 2. Получение аммиака в лаборатории.
Полностью осушить аммиак можно с помощью смеси извести с едким натрием, через которую пропускают полученный газ. Для этой же цели жидкий аммиак смешивают с металлическим натрием и подвергают дистилляции.
Аммиак легче воздуха, поэтому для его сбора пробирку держат вверх дном.
Применение
Аммиак используется в разных отраслях:
- в сельском хозяйстве - для производства азотсодержащих удобрений;
- в промышленности - для производства полимеров, взрывчатых веществ, искусственного льда;
- в химии - для изготовления азотной кислоты, соды;
- в медицине - в качестве нашатырного спирта.
Рис. 3. Производство удобрений.
Что мы узнали?
Аммиак получают промышленным и лабораторным путём. Для получения в промышленных масштабах используется азот и водород. Смешиваясь под высокой температурой, давлением и под действием катализатора, простые вещества образуют аммиак. Чтобы реакция при высокой температуре не пошла в обратную сторону, газ охлаждают. В лаборатории аммиак получают при реакции солей аммония со щелочами, гашёной известью или путём разложения гидроксида аммония. Аммиак применяется в химической промышленности, сельском хозяйстве, медицине, химии.
Воздух представляет собой уникальное сочетание различных газообразных веществ. Азот в общем его объеме занимает более 78 процентов. Этот газ имеет широкое применение в самых разных областях жизнедеятельности человека.
Промышленное использование азота
В химической промышленности данный газ позволяет создать инертную среду, которая предотвращает соединение реагирующих веществ с кислородом. Азоту отводят очень важную роль при перевозке различных химических продуктов. Также его используют в качестве безопасного рабочего агента при проведении аварийных работ на нефтепроводах. Без применения азота сложно поддерживать давление внутри пластов при добыче полезных ископаемых, а это приводит к уменьшению объемов добычи сырья.
Не менее важна роль газа и в металлургии. Азоту отводится роль «защитника» черных и цветных металлов во время проведения процедуры отжига. В фармацевтике сложно произвести защиту емкостей, хранить сырье и транспортировать лекарственные средства без использования этого газообразного вещества. Применение азота в электронике позволяет избежать развития окислительных процессов во время изготовления полупроводниковых приборов, снятия изоляции с электрических кабелей. Поэтому в наше время так актуальна и востребована технология добычи азота «on-site» – непосредственно на территории заказчика.
Тем не менее, трудности сопровождали процесс разделения воздуха достаточно долго. Основной преградой была неспособность азота вступать в химическую реакцию с другими элементами. Вначале был придуман способ, при котором происходило связывание кислорода. В этом случае азот переходил в газообразное состояние. Однако данный метод отличался дороговизной и малой эффективностью. Поэтому широкое применение такой технологии выделения азота для промышленности было признано нецелесообразным.
Трудности получения газа
Сегодня в качестве вспомогательного вещества азоту отдается предпочтение в разных отраслях:
- газ используют в металлургии и машиностроении;
- основанная на азоте система охлаждения электродов применяется в стекольной промышленности;
- для продувки газ используют в энергетике и космонавтике;
- благодаря азоту удается долго сохранить образцы крови и биопрепаратов в медицине;
- широко востребована инертная среда в сельском хозяйстве (консервирующие системы на азоте позволяют хранить корма и разные виды зерновых).
Чтобы выделить азот в лаборатории, как один из вариантов, воздух предварительно следует перевести в жидкое состояние. Как и любой другой газ, он характеризуется критической температурой и давлением. При снижении температурных показателей до определенного уровня азот переходит в жидкое состояние. Разные лаборатории длительное время в результате экспериментов на азоте искали методы его эффективной добычи. При этом если не контролировать рост температуры, производство чистого азота будет невозможным.
Ученые продолжали искать методы, позволяющие разделить воздух на составляющие и выделить азот. При низких температурах воздух представляет собой совокупность жидкостей, которые имеют различные точки кипения. Если выпаривать его медленно, появляется возможность отделить нужное вещество от другого газа (например, кислорода). Это происходит благодаря его меньшей летучести, чем азота. После осуществления однократного выпаривания требуемый газ все еще недостаточно чист, поскольку может содержать примесь в виде аргона. Поэтому в настоящее время наша компания применяет различные установки для эффективного производства азота чистотой до 99,9995%.
Чтобы обеспечить наиболее быстрое выделение газа, мы используем методики, которые многократно подтвердили свою эффективность. Для производства азота в промышленных масштабах применяются следующие технологии:
- мембранная;
- получение азота при помощи КЦА;
- криогенная.
Мембранный метод получения газа
Широкое распространение технология получила в 70-х годах прошлого столетия. В то время мембранный метод стал настоящим прорывом в области отделения азота от других составляющих при получении его из атмосферного воздуха. До сегодняшнего дня данная технология разделения воздуха активно совершенствуется.
Мембранный метод отделения азота широко распространен из-за своей надежности. В установках отсутствуют движущиеся части, что при соблюдении условий эксплуатации обеспечивает мноо лет стабильной работы. Технология востребована в отраслях промышленности, где имеются большие объемы потребления азота. Но такие установки экономически менее выгодны, если стоит задача получить газ чистотой более 99,9% (в таком случае целесообразнее использовать КЦА технологии). Основной составляющей оборудования для производства азота является мембрана (полимерное волокно, намотанное на катушку). Вследствие разных парциальных давлений на внешней и внутренней поверхности мембраны происходит отделение газа.
В процессе отделения азота воздух проходит фильтрацию, затем он сжимается до требуемого давления и проходит через мембранный модуль. Молекулы кислорода, СО2, Н2О выводятся через другой выходной патрубок. Установки позволяют получить азот чистотой до 99,5%. Оборудование работает в широком диапазоне температур – от -40°С до +60°С. Наши специалисты готовы выполнить шеф-монтаж, пуско-наладку и последующее гарантийное обслуживание высокопроизводительных комплексов для выделения азота. Мы работаем «под ключ» во всех регионах России, странах СНГ и Европы.
Криогенная технология производства чистого азота
Подаваемый воздух нагнетается компрессором, затем попадает в воздушный фильтр, где происходит его очистка от частиц пыли. После он поступает во влагоотделитель, далее – в водяной холодильник, который охлаждает воздух и забирает тепло, что необходимо для добычи азота.
После этого происходит расширение и охлаждение воздуха. В жидком состоянии его отправляют в ректификационную колонну. При постепенном выпаривании воздуха в первую очередь уходит азот, а оставшаяся жидкость все больше насыщается кислородом. Повторяя процедуру многократно, в итоге получают кислород в жидком состоянии, азот и аргон требуемой чистоты. Потом разделенные составляющие помещаются в специальные контейнеры. Далее они направляются непосредственно на место производства технологического процесса либо поступают на склад.
Такой способ выделения азота имеет свои преимущества и недостатки. Прежде всего, преимуществом является возможность получить газ высокой чистоты в жидком состоянии. К недостаткам данной технологии относятся такие как, большие размеры криогенных установок, невозможность быстрого пуска/остановки системы, необходимость присутствия персона и пр.
Метод короткоцикловой адсорбции
Разделение воздуха с целью добычи азота криогенным способом является достаточно дорогой и устаревшей технологией. Причины: сложность пуска, большие габариты установок, необходимость профессионального обслуживания. Поэтому данный метод не оправдан для многих производств, для которых требуется азот. А вот метод адсорбции, который предусматривает также выделение водорода, кислорода, метана, этилена и других компонентов, получил большое распространение. Получение азота таким способом имеет ряд преимуществ:
- Возможность быстрого включения и выключения оборудования.
- Установки для отделения азота настраиваются в зависимости от нужд заказчика. Оператор может изменить режим функционирования устройства, частоту или производительность.
- Режим работы установки для получения азота регулируется автоматически.
- Для удобства оборудование может оснащаться дистанционным управлением.
- В плане энергоэффективности затраты довольно низкие по сравнению с криогенным методом.
- Установки, позволяющие получить азот, достаточно просто устроены, поэтому их обслуживание не требует значительных денежных трат.
- Приемлемая цена оборудования.
Что касается самого процесса получения азота, он имеет высокие показатели эффективности. Сначала подаваемый воздух попадает в один из двух попеременно работающих адсорберов, где поддерживается определенное давление и температура. Во время процесса адсорбент поглощает кислород (стадия поглощения), т.е. происходит улавливание адсорбентом кислорода с получением продуктового азота. На стадии регенерации поглощенный компонент выделяется из адсорбента. Такие процессы характеризуются повторяющимися короткими циклами. Чистота азота при данном способе разделения воздуха достигает 99,9995%.
Наиболее эффективное оборудование для газоразделения
Если ваше предприятие заинтересовано в постоянном производстве такого газа, как азот, рекомендуем воспользоваться услугами крупных и надежных поставщиков соответствующего оборудования. Но выбрать оптимальный вариант в условиях современного рынка бывает достаточно трудно. Поэтому в первую очередь обратите внимание на компании с большим опытом работы, имеющие свои уникальные разработки в области выделения азота.
Сотрудники НПК «Грасис» всегда основываются на индивидуальном подходе к запросам заказчика. Наша научно-производственная компания уже более 10 лет успешно занимается разработкой и производством воздухо- и газоразделительного оборудования для получения азота, удерживая лидирующие позиции на рынке СНГ. Наши установки изготавливаются с использованием современных нанотехнологий. Мы предлагаем своим клиентам наиболее эффективные методики производства азота.
Компания реализует оборудование высокого качества для разделения воздуха по наиболее распространенным и эффективным технологиям: адсорбционная и мембранная. Материалы, используемые для изготовления установок по выделению азота, отличаются высоким качеством и долговечностью. За каждым клиентом закрепляется персональный менеджер, который будет ответственно следить за всеми этапами сотрудничества.
НПК «Грасис» работает с проверенными поставщиками оборудования и комплектующих. В первую очередь компания заботится о высоком качестве установок для получения азота и уровне сервиса. Для клиентов предусмотрено большое количество услуг, которые связаны не только с поставкой и монтажом, но и с наладкой, ремонтом и сопровождением оборудования для выделения азота.
К преимуществам сотрудничества следует отнести возможность модернизации ранее поставленного оборудования. Также по желанию заказчика на предприятии возможно провести обучение, которое эффективно подготовит ваших сотрудников к эксплуатации приобретенного оборудования для производства азота.
Стоимость наших установок средняя на рынке, поскольку мы используем качественные комплектующие. Наше оборудование отличается высоким качеством и позволяет получать азот нужной Вам степени чистоты.
Благодаря слаженной деятельности команды профессионалов работы по производству, поставке, монтажу и наладке оборудования для получения азота проходят в сжатые сроки. Уникальной особенностью компании является наличие патентов на изобретения и полезные модели. Оборудование успешно протестировано в различных комплексах, где требуется азот. Использование качественных комплектующих гарантирует долговечность оборудования и его эффективность. Заказывайте наши системы по получению азота, которые позволяют добиться необходимого Вам в технологическом процессе конечного продукта.
Специалисты НПК «Грасис» готовы приступить к выполнению комплексного проекта «под ключ», который будет включать в себя разработку, производство, поставку, монтаж и пуск современного воздухо- и газоразделительного оборудования для получения азота.
Обращайтесь в НПК «Грасис», если вы заинтересованы в современных инновационных решениях!
Более подробно Вы можете ознакомиться с азотным оборудованием (азотные генераторы, азотные установки, азотные станции) на странице
Технический азот в жидком и газообразном состоянии получают из атмосферного воздуха. Вещество является достаточно распространенным химическим элементом. Атмосфера Земли на 75% состоит из азота, однако в чистом виде для дыхания он непригоден. Тем не менее в организме человека протекают сотни процессов, на скорость и качество которых влияет это вещество. Например, азот входит в состав гемоглобина, аминокислот и белков. К тому же он содержится в клетках растений и животных.
В молекуле газа находятся два атома, соединенных очень прочно. Чтобы азот вошел в состав химического соединения, эту связь необходимо разорвать либо ослабить, а это достаточно трудно. Значительно проще происходит обратный процесс выхода азота из различных соединений. Реакция горения всегда протекает с образованием свободного газа.
Богатый источник азота – чилийская селитра (нитрит натрия). В начале XIX века из нее получали удобрения и порох. Со временем запасы полезного ископаемого уменьшались, а потребности в нитратах только увеличивались. В начале XX века был получен азот из атмосферного воздуха и связан в аммиак. Для этого пришлось применить высокую температуру, давление и ввести в реакцию катализаторы. С тех пор вопрос о получении азота получил новое решение, так как атмосфера является его неисчерпаемым источником.
Благодаря инертным и другим свойствам этот газ нашел применение в:
- разработке угольных пластов;
- бурении скважин;
- упаковке продуктов;
- пожаротушении;
- высокотемпературной обработке металлов и т. д.
Физические характеристики вещества
В нормальных условиях (при атмосферном давлении 760 мм рт. ст. и температуре 0°С) вещество представляет собой газ без запаха и цвета, который плохо растворяется в воде. Он не вступает в реакции с другими элементами за исключением лития. При нагревании азот приобретает способность к диссоциации на атомы и создает различные химические соединения. Наиболее востребована его реакция с водородом, в результате которой получается аммиак, используемый для изготовления удобрений, хладагента, синтетических волокон и пр. Газообразный азот пожаро- и взрывобезопасен, к тому же он препятствует гниению и окислению. Вещество нетоксично, поэтому не оказывает опасного влияния на окружающую среду. Но при длительном вдыхании вызывает кислородную недостаточность и удушье.
При охлаждении до -195,8°С азот превращается в жидкость, напоминающую по внешнему виду обычную воду. Температура кипения данного вещества несколько ниже, чем у кислорода. Поэтому при нагревании жидкого воздуха азот начинает испаряться первым. Данное свойство лежит в основе современного принципа производства химического продукта. Многократное повторение сжижения и вскипания дает возможность получить азот и кислород в нужной концентрации. Данный процесс получил название ректификации.
Если азот в жидком состоянии, объем которого составляет 1 литр, нагревать до +20°С, он будет испаряться и образует 700 литров газа. Поэтому вещество хранят в специальных емкостях открытого типа с вакуумной изоляцией либо в криогенных сосудах под давлением.
Последующее охлаждение азота до -209,86°С переводит его в твердое агрегатное состояние. Получаются большие белоснежные кристаллы. При последующем контакте с воздухом снегоподобная масса поглощает кислород и плавится.
Промышленное производство
В настоящее время в основном используют три технологии для получения инертного азота, основанные на разделении атмосферного воздуха:
- криогенная;
- мембранная;
- адсорбционная.
Разделяющие криогенные установки функционируют по принципу сжижения воздуха. Сначала он сжимается компрессором, затем проходит через теплообменники и расширяется в детандере. В результате охлажденный воздух становится жидкостью. За счет разной температуры кипения кислорода и азота происходит их разделение. Процесс многократно повторяется на специальных ректификационных тарелках. Завершается он получением чистейшего кислорода, аргона и азота. Данный способ наиболее эффективен для крупных предприятий по причине значительных габаритов системы, сложности ее пуска и обслуживания. Достоинство метода состоит в том, что можно получить азот наивысшей чистоты, как жидкий, так и газообразный, в любых количествах. При этом расход энергии на изготовление 1 л вещества составляет 0,4-1,6 кВт/ч (в зависимости от технологической схемы установки).
Мембранная технология разделения газов начала применяться в 70-х годах прошлого века. Высокая экономичность и эффективность данного метода послужила достойной альтернативой криогенному и адсорбционному способам получения чистого азота. Сегодня в установках используются мембраны последнего поколения высокой производительности. Теперь это не пленка, а тысячи полых волокон, на которые нанесен селективный слой. Подвижные составляющие в установке отсутствуют, поэтому значительно увеличивается продолжительность ее эксплуатации без поломок. Отфильтрованный воздух подается в систему. Кислород беспрепятственно проходит сквозь нее, а азот выводится под давлением через противоположную сторону мембраны и направляется в накопитель. С помощью данных установок изготавливается вещество с чистотой до 99,95%. Таким образом осуществляется производство азота из атмосферного воздуха. Ограниченная чистота получаемого азота не позволяет применять данный метод крупным изготовителям с большими потребностями высокочистого азота.
На тех предприятиях, где востребован азот высокой чистоты в больших объемах, применяется установка для разделения газовых смесей при помощи адсорбентов. Конструктивно она представляет собой две колонны. В каждой из них находится вещество, селективно поглощающее газовую смесь. Для функционирования установок по производству азота требуется атмосферный воздух, электроэнергия.
Изначально воздух попадает в компрессор, где происходит его сжатие. Затем он подается в ресивер, который выравнивает его давление. Так как воздух не должен содержать водяных паров, пыли, двуокиси углерода, окислов азота, ацетилена, а также других примесей, его фильтруют. Наступает основной этап адсорбционного разделения газовой смеси. Поток воздуха пропускается через одну колонну с углеродными молекулярными ситами до тех пор, пока они способны поглощать кислород. После этого поверхность адсорбента необходимо очистить, то есть регенерировать, путем сброса давления или повышением температуры. А воздух направляется во вторую колонну. В это время азот проходит сквозь агрегат и накапливается в ресивере. Продолжительность циклов адсорбции и регенерации составляет всего несколько минут. Чистота получаемого по данной технологии азота составляет 99,9995%.
Преимущества адсорбционных установок:
- быстрый пуск и остановка;
- возможность дистанционного управления;
- высокая разделительная способность;
- низкое энергопотребление;
- возможность оперативной переналадки;
- автоматическое регулирование режима;
- низкие затраты на обслуживание.
Области применения газа
Сегодня данный продукт востребован во многих отраслях промышленности: газовой, пищевой, металлургической. Однако крупные масштабы добычи азота актуальны именно для нефтехимической индустрии. Основная область применения – изготовление одноименной кислоты и других удобрений для сельского хозяйства. В технике азот используют для охлаждения различного оборудования и агрегатов. Он создает инертную среду при перекачивании горючих жидкостей.
В фармацевтике азот применяют для транспортировки химического сырья, защиты резервуаров и упаковки лекарственных средств. В электронике он предотвращает окисление в процессе производства полупроводников.
В пищевой промышленности азот в жидком состоянии используется как охлаждающий и замораживающий элемент. В газообразном виде его применяют в целях создания инертной среды при розливе негазированных напитков и масел, а также производят пропеллент для баллончиков.
Наиболее эффективный способ тушения пожаров – азотное пожаротушение. Испаряясь, вещество быстро вытесняет кислород, который требуется для поддержания горения, и огонь затухает. Затем азот быстро выветривается из помещения, при этом сберегаются материальные ценности, которые могли быть повреждены пеной, порошком или водой.
В медицине при помощи криогенной консервации сохраняют клетки и органы. Кроме того, жидким азотом разрушают пораженные участки тканей.
Хранение и соблюдение техники безопасности
Автотранспортом азот в жидком состоянии перевозят в специальных криогенных сосудах или цистернах. Потребителям доставляют газообразное вещество в сжатом виде в черных баллонах. Хранят азот в сосудах Дьюара, имеющих двойные стенки, между которыми находится вакуум. В целях уменьшения передачи тепла поверхности делают зеркальными за счет слоя серебра. Сосуды Дьюара могут быть разного объема. Емкости, вмещающие десятки литров, изготавливают из металла. В таком сосуде вещество может храниться несколько недель.
Кратковременный контакт кожи с жидким азотом не представляет серьезной опасности, так как в месте соприкосновения образуется воздушная подушка, обладающая низкой теплопроводностью. Именно она защищает ткани от травмирования. Длительный контакт азота с кожей, глазами или слизистыми оболочками вызывает их тяжелое повреждение. Пораженный участок при попадании вещества необходимо незамедлительно промыть большим количеством воды.
При испарении азота происходит его накопление на уровне пола рабочего помещения из-за низкой температуры и большей плотности, чем у воздуха. Незаметно для человека создается высокая концентрация вещества, а количество кислорода уменьшается. Это влияет на общее самочувствие: нарушается ритм дыхания и учащается пульс. При тяжелом исходе ситуации расстраивается сознание и теряется способность двигаться. Опасность состоит в том, что отравление происходит незаметно для человека, пострадавший не осознает серьезности ситуации. Поэтому помещения, в которых производится или используется азот, обязательно оснащаются надежной системой вентиляции.
Современные воздухоразделительные установки
Компания «Современные газовые технологии» предлагает отказаться от приобретения данного вещества, организовав его самостоятельное изготовление. В таком случае себестоимость полученного азота в 10-20 раз меньше покупного. Если вашему предприятию потребуется собственный источник азота, наши специалисты ознакомят вас с техническими характеристиками имеющихся установок. Мы поможем сделать оптимальный выбор агрегатов, организуем их поставку, монтаж, пуск и наладку.
Производите азот сами – отправляйте заявку на оборудование со страниц нашего сайта!
Воздух как неисчерпаемый источник промышленного азота долгое время оставался неиспользованным. Объясняется это тем, что разделение воздуха на азот, и другие газы представляло большие трудности. Основная причина заключалась в том, что азот, который занимает 80% объема воздуха, как правило, не вступает в соединение с другими элементами .
Можно было бы пойти по другому пути - вместо фиксации азота связать кислород, который легко вступает в соединения со многими элементами, встречающимися в природе. Азот в этом случае остался бы в газообразном состоянии. Но этот дорогой и малопроизводительный метод не мог служить источником азота для промышленных целей.
По аналогии с методом разделения жидкости полагали, что самым рациональным способом разделения воздуха является его ожижение с последующим испарением каждого газа в отдельности . Но получить жидкий воздух долгое время не удавалось.
В дальнейшем выяснилось, что критическая температура для азота составляет -147°C, для кислорода -119°C, а для воздуха -141°C. Каждый газ имеет не только свою критическую температуру, но и свое критическое давление, ниже которого газ, охлажденный до своей критической температуры, не переходит в жидкость.
После этого открытия стало понятно, чтобы получить жидкий воздух, необходимо было температуру газообразного воздуха понизить до -141°C, а давление поднять до 37,2 атмосферы . При более высокой температуре, как бы велико ни было давление, получить жидкий воздух нельзя. Но при более низкой температуре можно сжижать воздух и при меньшем давлении. Например, если охладить воздух до температуры -195°C, то он перейдет в жидкое состояние и при атмосферном давлении.
Получив жидкий воздух, начали искать способ его разделения на составные части. Было известно, что для разделения смеси, состоящей из нескольких жидкостей с различными температурами кипения, необходимо медленно отгонять сначала одну из них, кипящую при более низкой температуре, а затем ту, температура кипения которой выше.
Жидкий воздух представляет собой смесь жидкостей с различными температурами кипения , и к нему могут быть применены все законы фракционной перегонки.
Как известно, температура кипения азота на 195,8°C, а кислорода - на 183°C ниже нуля. Чтобы испарить азот или кислород, не нужен специальный источник теплоты. Даже та теплота, которая поступает из окружающего воздуха, вызывает бурное кипение этих жидкостей.
Чтобы понизить скорость кипения и устранить возможное одновременное испарение азота и кислорода, необходимо уменьшить приток теплоты из окружающей среды.
Азот из жидкого воздуха получают путем медленного его испарения. Но однократным разделением жидкого воздуха нельзя получить чистых продуктов отгона . Даже в начале процесса, когда в жидком воздухе содержится 78% азота и 21% кислорода, полученный газообразный азот будет содержать примесь кислорода и чем меньше азота будет оставаться в жидкой смеси, тем количество примеси кислорода будет больше.
Например, когда в жидкой фазе останется только 50 процентов азота, то в газообразной фазе, кроме азота, будет содержаться до 20, процентов кислорода.
Поэтому неминуемо повторное разделение газов, для чего их необходимо снова сконденсировать. Но конденсировать азот нецелесообразно, обычно из получаемой смеси газов конденсируют только кислород.
Пропуская через жидкий воздух газообразный азот, содержащий примеси кислорода, можно получить чистый азот, так как часть газообразного кислорода сконденсируется и останется в жидкой фазе. Одновременно из жидкого воздуха дополнительно испарится часть азота.
На принципе повторной конденсации кислорода с одновременным испарением азота из жидкого воздуха основан процесс разделения жидкого воздуха на чистый газообразный азот и жидкий кислород.
Аппарат, в котором осуществляется разделение жидкого воздуха на азот и кислород, называется ректификационной колонной , а число ступеней, в которых конденсируется кислород и испаряется азот, носит название числа тарелок. Чем больше тарелок в ректификационной колонне, тем чище конечные продукты разделения жидкого воздуха на его составные части.
Ректификационная колонна состоит из ряда перегородок, в которые впаяны сливные стаканы. В верхнее отделение (тарелку) - медленно подают жидкий воздух. По сливным стаканам он постепенно стекает вниз, заполняя все тарелки колонны.
1 - корпус колонны; 2 - латунные перегородки; 3 - сливные стаканы; 4 - сливной кран
Схема ректификационной колонны
Перегородки сделаны из латунного листа, в котором на расстоянии около 3 миллиметров друг от друга в шахматном порядке пробиты мелкие отверстия диаметром в 0,8-0,9 миллиметра. Образующийся при (испарении жидкого воздуха газообразный азот с примесью кислорода под небольшим давлением проходит через отверстия в дне тарелок, не давая жидкости просочиться через них. Газы, пройдя через слой жидкости, вспенивают ее, хорошо перемешиваясь с ней. Во время перемешивания газообразный конденсируется и переходит в жидкое состояние. За счет теплоты, выделенной при конденсации кислорода, испаряется новая часть азота, которая вместе с поступившим азотом переходит вверх на следующую тарелку, где он все больше обедняется кислородом. В результате наверху, на выходе из колонны, получают чистый газообразный азот, а внизу колонны собирается чистый жидкий кислород.
Применяемая технология
Генератор извлекает азот, имеющийся в окружающем воздухе и из других газов, применяя технологию адсорбции с колебаниями давления. Во время процесса адсорбции с колебаниями давления сжатый чистый окружающий воздух подводится к молекулярному ситу, которое позволяет азоту пройти внутрь как получаемый газ, но адсорибрует другие газы. Сито пропускает адсорбированные газы в атмосферу, когда выходной клапан закрыт, а давление фильтрации возвращается к давлению окружающей среды. Затем фильтрующий слой прочищается азотом перед тем, как вводить свежий сжатый воздух для нового цикла производства. Для того, чтобы гарантировать постоянный поток продукта, генераторы азота используют два молекулярных фильтрующих слоя, которые подключаются альтернативно между адсорбционными и регенерирующими фазами. При нормальных рабочих условиях и при правильном обслуживании молекулярные фильтрующие слои имеют почти бессрочный срок службы. Технология адсорбции с колебаниями давления имеет несколько международных патентов и соответствие стандартам рынка по исполнению и эффективности.
Компоновка оборудования
Для того, чтобы генератор азота работал автоматически, необходимы следующие составные компоненты:
Подача сжатого воздуха
Подача определенного количества сжатого воздуха и определенного качества, описанного в разделе предложении. Минимальное количество свободной подачи сжатого воздуха в м 3 /мин при 20°С равно среднему потреблению воздуха генератором азота в Нм 3 /мин, увеличенному на соответствующий процент для компенсации влияния окружающего воздуха и допусков на исполнение воздушного компрессора при расчетных условиях. Система сжатия воздуха будет включена в объем поставки, который будет состоять из воздушного компрессора и рефрижераторной сушилки воздуха.
Воздушные фильтры
Комплект фильтров грубой и высокой степени очистки и активированный угольный фильтр всегда включены в объем поставки. Воздушные фильтры необходимо устанавливать между системой подачи сжатого воздуха и воздушным ресивером, чтобы убедиться, что генератор азота будет получать необходимое минимальное количество.
Воздушный ресивер
Воздушный ресивер устанавливается между воздушными фильтрами и азотным генератором. Принципиальная задача воздушного ресивера - это гарантия подачи достаточного количества свежего воздуха на только что восстановленный фильтрующий слой генератора азота за короткий промежуток времени. Если система сжатого воздуха включена в объем поставки, размеры объема воздушного ресивера будут меняться до удовлетворительных для процесса и сжатия воздуха (макс. нагрузка / циклы без нагрузки).
Ресивер азота
Поток продукции генератора азота собирается в одном ресивере азота. Ресивер азота необходимо установить в непосредственной близости от генератора азота. Наличие ресивера азота гарантирует достаточное противодавление для процесса и постоянного потока азота к конечному заказчику. Если специально не указано, объем ресивера азота рассчитывается на основе предположения о постоянной динамике потребления применением Заказчика в течение продолжительного времени.
Преимущества:
Безопасность
Низкие рабочие давления, безопасное хранение. Нет необходимости в тяжелых газовых баллонах высокого давления. От опасного хранения жидкого азота можно отказаться.
Экономность
Нет расходов на распределение и обработку. Получение азота на месте (пром.площадке) генераторами азота экономит расходы на обработку и хранение в газовых баллонах высокого давления и предотвращает расходы на аренду, транспортировку и потери на испарение у пользователей.
Низкие эксплуатационные расходы.
Предлагаемый процесс имеет более эффективное разделение чем другие системы на рынке. Благодаря этому потребность в подаче воздуха падает, то есть 10 - 25% экономии энергии по сравнению со сравнимыми системами. Благодаря уменьшению вращающихся частей до минимума и использованию высококачественных элементов расходы на обслуживание остаются на низком уровне в течение всего срока службы генератора.
Удобство
Простота установки и обслуживания. У генераторов азота вход воздуха и выход азота находятся на одной стороне. Это означает простую установку, даже при малых углах цеха. Высокая надежность благодаря уменьшенному количеству вращающихся частей и высококачественных компонентов.
Гарантированное качество азота
Отсутствие риска недостаточной чистоты азота, автоматическое возобновление процесса. Генераторы азота обладают уникальной системой контроля: в случае если чистота азота не совпадает с указанным значением, ПЛК автоматически закрывает поток производства азота к выходу применения заказчика и открывают сбросной клапан некондиционного азота. Система будет пробовать запустить процесс, и когда чистота азота достигнет необходимого результата, сбросной клапан закроется, а клапан получения азота снова откроется. Полностью автоматическая и не сопровождаемая оператором процедура, ручной повторный запуск не требуется.
Проектные условия
| Производительность | 1000 нм³/ч (2 x 500 нм³/ч) |
| Содержание остаточного кислорода и производимом газе | £0,1% об. |
| Давление подачи продукта | 5,5 бар изб. |
| Точка росы продукта | £-40 °С при 1 атм. |
| Расход воздуха на входе | 4392,0 нм³/ч (2 x 2196.0 нм³/ч) |
| Макс. уровень шума | 85 дБ (А) на расстоянии 1 метр |
| Планируемые условия окружающей среды | |
| Барометрическое давление | 1013,25 мбар а |
| Высота расположения | 0 м над уровнем моря |
| Температура воздуха | 20 °С |
| Относительная влажность | 65% |
| Потребление воздуха на входе | |
| Давление | |
| Температура | |
| Групповой состав углеводородов | <6,25 мг/м³ или 5 ppmV |
| Частицы | <5 мг/м³ при макс. 3 мкм |
| Точка росы | £+3 °С при 7 бар изб. |
| Условия на площадке | |
| Система электроснабжения | 400 / 230 В переменный ток, 50 Гц |
| Классификация зоны | неклассифицированная зона / безопасная зона |
| размещение | в помещении с хорошей вентиляцией |
Данные приведены для идеального режима работы, допуск ±5%
Размеры, вес
Параметры энергопотребления
Допуск на все указанные значения: ± 10%
Объем поставки
4 воздушных компрессора
- ротационный винтовой компрессор с впрыском масла
4 воздухоосушилки
- рефрижераторный воздухоосушитель
2 воздушных ресивера
- вертикальная емкость высокого давления из углеродистой стали
- объем: 3000 л
фильтры сжатого воздуха
Два комплекта внешних фильтров сжатого воздуха, устанавливаются перед воздушным ресивером, комплект состоит из следующих фильтров:
- один коалесцирующий фильтр первичной очистки (эффективность 99,9999%, 1,0 µ - ≤ 0,5 мг/м³) с устройством для слива конденсата поплавкового типа;
- один коалесцирующий фильтр тонкой очистки (эффективность 99,9999%, 0,01 µ - ≤ 0,1 мг/м³) с устройством для слива конденсата поплавкового типа;
- один активированный угольный фильтр (остаточное масло ≤ 0,005 мг/м³).
два генератора азота
Два азотных генератора, полностью предварительно смонтированы, с установленными проводами на покрашенной раме из углеродистой стали, каждый оснащен следующими компонентами:
- 6 адсорбционных башен, каждая наполнена углеродным молекулярным ситом. Углеродное молекулярное сито будет производства США, Европы или Японии. Изготовленные в Китае или Индии сита не применяются;
- Глушитель отработанного газа, установлен для приглушения отходящего газа до расчетного уровня шума;
- Комплект электро-пневматических технологических клапанов и дросселей, вкл. соленоидные клапаны;
- 1 некондиционный продувочный трубопровод для азота с регулирующим клапаном соленоидного управления;
- Комплект предохранительных клапанов, настроенных на соответствующий уровень давления;
- Все трубопроводы и электрокабели для соединения;
- Локальные датчики давления;
- Одна (1) система контроля для полностью автоматической работы генератора, с полной внутренней проводной обводкой и состоящая из следующих позиций:
- Один ПЛК (Rockwell / Allen Bradley Micro 850 ПЛК) с соединением Ethernet / IP для коммуникации с удаленной системой управления заказчика;
- Один сенсорный графический интерфейс пользователя (Rockwell / Allen Bradley С400), отображающий значения реального времени релевантных параметров и возможные аварийные сообщения для прямой диагностики;
- Все трубопроводы, клапана, контрольно-измерительные приборы и система управления «под ключ», монтированные на раме из углеродистой стали;
- Один (1) автономный анализатор остаточного азота с датчиком из диоксида циркония;
- Один автономный электронный расходомер продукта.
два (2) ресивера азота
- вертикальная емкость высокого давления из углеродистой стали;
- предохранительные клапаны, установленные на соответствующий уровень давления
- объем: 3000 л
- макс рабочее давление: 11,0 бар изб
Применяемые стандарты
- Директива 2009/105/EC для простых сосудов под давлением
- Европейская Директива 97/23/ЕС,EN 13445, EN 13480 по оборудованию, работающему под давлением
- Директива 2004/108/EC по электромагнитной совместимости
- Директива ЕС 2006/95/EC по низковольтному электрооборудованию
- Директива о машинном оборудовании 2006/42/EC
Примечание
При требуемой производительности невозможно модульное исполнение.
