فرایند جداسازی هوا (قسمت اول)

فرایند جداسازی هوا   قسمت اول

نوشته شده در گروه مهندسی دیوار صنعت

دیوار صنعت تنها یک نیازمندی نیست، دیوار صنعت راه حل صنعت است

کلیــــــــــــــــــــک کنید



چکیده:

جداسازی هوا فرایند بسیار مهمی می باشد که این واحد ها برای افزایش راندمان فرایند های دیگر یا اصلا انجام شدن یک فرایند بسیار مهم می باشند،موضوع اصلی در فرایند جداسازی هوا رسیدن به غلظت های مناسب از اکسیژن و نیتروژن است،در این پروژه ما به انواع روش جداسازی  که شامل فرایند جداسازی تبریدی و جداسازی غیر تبریدی است پرداخته می شود و با انجام این عمل می خواهیم به ۰٫۹۹ اکسیژن و نیتروژن برسیم،در ادامه این پروژه شبیه سازی فرایند تبریدی در نرم افزار Hysis می پردازیم.

مقدمه:

عمده روشی که ما در این پروژه انجام می دهیم و شبیه سازی می کنیم روش تبریدی است در این روش برای جداسازی نیتروژن و اکسیژن باید به دمای ۹۹ کلوین(۱۲۰-درجه سانتیگراد) برسیم اما برای این که در این نقطه بتوان اکسیژن را از نیتروژن جدا کنیم فشار باید ۵ بار باشد پس در شرایط ۵ بار و ۹۹ کلوین هوا به صورت مایع در می آید ان وقت می توان در برج جدا کننده مواد را جدا کنیم.

هوا:

هوا کامپوزیشینی از گازهای دیگر می‌باشد که برای حیات تمام موجودات لازم و ضروری می‌باشد که این هوا از گازهای مختلفی تشکیل شده است، از مهمترین این گازها می‌توان به اکسیژن و نیتروژن اشاره کرد جدول (الف).

جدول (الف): در این جدول اجزای اصلی تشکیل دهنده هوا، (نیتروژن، اکسیژن، آرگون) و اجزای فرعی هوا را مشاهده می‌نماید.

دراین پروژه فرض براین شده است که هوافقط شامل نیتروژن واکسیژن است باترکیب مولی ۷۹درصدنیتروژن و۲۱درصداکسیژن وبه منظورسهولت ازبقیه عناصرموجوددرهواصرفنظرشده است.

اکسیژن گازی است بی رنگ، بی بو وبدون طعم که عنصرحیاتی برای بقا بشرتلقی می شودونقش مهمی درادامه حیات وتوسعه سلامتی بشرایفامی کند

نیتروژن یا ازت که بی اثر، بی رنگ، بی مزه و بی بو است  و  با جرم اتمی  ۱۴٫۰۰۶۷g·mol−۱  سهم عمده هواراتشکیل می دهدگازی خنثی محسوب می شودو بطورگسترده به منظورجلوگیری ازاشتعال یاانفجاردرمحیط های بسته ازآن استفاده می شودعلاوه برآن درسیستمهای خنثی سازی صنعتی و صنعت عملگرهای پنوماتیکی کاربردفراوانی دارد.

هدف ازانجام این پروژه جداسازی اکسیژن ونیتروژن ازهوامی باشد.به منظورجداسازی آنها روشهای مختلفی درصنعت وجودداردکه درادامه به آن می پردازیم.

ملاحضات انرژی

از مسایل مهم در مهندسی انرژی و در همین پروژه صرفه جویی در انرژی می باشد از انجایی که کمپرسور نیازبه انرژی الکتریکی دارد و بیشترین مصرف برق را در این واحد ها به عهده کمپرسور می باشد بنابراین ماباید برروی آن کارانجام دهیم چنانچه بتوان ازمنابع دیگری این انرژی لازم راتامین کنیم مثلا ازفشارخط لوله سیال پرفشار یا توسط شیر فشار شکن یا چنان چه با واحد دیگری در ارتباط است مثل IGCC از کمپرسور توربین گاز استفاده کنیم یا از روش SGR یا همان استفاده از گرمای نهان خروجی برج،با کمک این موارد مصرف انرژی را بهینه خواهیم کرد.

 

طبقه بندی:

دریک تقسیم بندی کلی روشهای اساسی جداسازی هوابه دودسته تقسیم می شوند:

۱- سیستمهای جداسازی تبریدی (cryogenic air separation)

۲- سیستمهای جداسازی غیر تبریدی (non cryogenic airseparation)

 Cryogenic به معنی مطالعه تولیددردردماهای بسیارپایین (کمتراز۱۵۰- سانتیگراد) است.

اکنون به تشریح هرکدام ازروشهای فوق مزایاومعایب هرروش به تفصیل می پردازیم.

۱- سیستمهای جداسازی تبریدی (cryogenic air separation)

روش تبریدی روشی رایج ومرسوم درصنعت جداسازی هوابحساب می آیددراین روش عمل تقطیرجزئی دردمای بسیارپایین انجام می شودوبرای تولیدصنعتی درمقیاس بالاوخلوص بالا ازآن استفاده می شودبرای جداسازی نیازبه سایت بزرگی دارد،مصرف انرژی بالایی دارد،هوای ورودی پس ازفیلترشدن تحت فشارقرارمی گیردوسپس تاحدود  ۱۸۵- درجه سانتیگرادخنک می شودوجریان مایع واردبرجهای تقطیر بسیاربزرگی شده تااجزاتشکیل دهنده آن دراثراختلاف نقطه جوششان ازهم جداشوند.

مایعات کرایوجنیک دردماوفشارهای معمولی بصورت گازهستندودارای دوخاصیت معمول می باشند:

۱- بسیارخنک هستند.

۲- مقدارکمی ازاین مایعات می تواندبه حجم زیادی ازگازمنبسط شود.

گازهای کرایوجنیک می توانندبعنوان سوخت یااکسیدکننده یامبردمورداستفاده واقع شوندجهت نگهداری این گازها ازظروف ویژه ای مانند فلاسک که عایق حرارتی مناسبی داشته باشداستفاده می شود.گازهای کرایوجنیک به سه گروه تقسیم می شوند:

۱-گازهای اشتعال پذیر

۲- اکسیژن مایع

۳- گازهای خنثی

درفرایندجداسازی تبریدی((CAPتجهیزات متنوعی مانند برج های تقطیر،مبدل های حرارتی،کمپرسورولوله های واصل که بایدکاملاعایقکاری شده باشند.دیاگرام جریانی سیستم جداسازی تبریدی درحالت عمومی به شکل زیراست و اجزای مورد استفاده در این پروژه(شبیه سازی) عبارتند از:

اجزای مورد استفاده در پروژه شبیه سازی شده

۱-کمپرسور :به منظورفشرده نمودن سیال ازآن استفاده می شود. درظرفیتهای بالا ازکمپرسورسانتریفیوژ ودرظرفیتهای پایینتر ازکمپرسورهای رفت وبرگشتی یا پیچشی استفاده می شودهزینه برق مصرفی درکمپرسورهوا برای سیستمهای جداسازی بالاترین هزینه مصرفی بشمارمی رود(حدود۳/۱تا۳/۲ ).باروشهایی که درشرح عملیات گفته شدمی توان این هزینه ها راکمینه کرد.

۲- مبدلهای حرارتی :سطوح انتقال حرارت بین سیالات گرم وسرد راایجادمی کندکه باتوجه به نیازوشرایط بهره برداری می توان نوع مناسب راانتخاب کرد.درشرح عملیات به آن اشاره شده است.

۳- شیر انبساط : به منظور ایجادافت فشاردرمسیرسیال ازآن استفاده می شودساختمان شیر به شکلی است که بامحدود کردن مسیر جریان وتغییرمسیرهای بسیارزیادباعث افت فشارمی گرددواین افت فشارمنجربه افت دما درگازهای کامل می گردد.

۴- برج تقطیر: دربرج تقطیر باافت فشاری که درسیالات ایجادمی شودباعث تبخیرشدن وجدایی براساس اختلاف نقطه جوش صورت می گیرددراین پروژه دوعدد برج درنظرگرفته شده است که یکی با فشاربالا ودیگری درفشاراتمسفریک است.

۵- سیستم لوله کشی :انتقال سیال ازهرجزء به جزء دیگر‌توسط سیستم لوله کشی صورت می گیردوازآنجا که سیستم تحت فشاراست بایدلوله ها تحمل این فشاروحتی بالاتراز آنرانیزداشته باشندودرقسمتهای تحت فشارشیرهای اطمینان نصب شودتادرصورت بالارفتن فشارازیک حدمعین سیال رابه یک نقطه امن ارسال نمایدوفشارراکاهش دهد.همچنین به منظورگرفتن ناخالصی ها درورودی کمپرسورومراحل میانی بایدفیلترهایی باسایزمشخص نصب شودتاپره کمپرسورازآسیب درامان باشد.جنس سیستم لوله کشی به نحوی بایدباشدکه درمقابل خوردگی ناشی ازرطوبت موجوددرهوامقاومت کندمعمولادرقسمتهایی که احتمال وجودرطوبت می رودازلوله فولادزنگ نزن(stainless steel)استفاده می شود.

۶- درکنارکلیه مواردفوق سیستمهای خنک کاری وروانکاری دفع حرارت ازتجهیزات دواروجلوگیری ازتماس فلزبافلز،این سیستمها موردنیازمی باشند.

۷- علاوه برمواردمذکورسیستمهای کنترلی شامل کنترل دور،دما،فشار،ارتعاش الزامی می باشدکه باتوجه به ظرفیت پروژه واندازه دستگاهها وسایل کنترلی خاصی استفاده می شود.

شکل(الف)اجزای واحدجداسازی هوا به روش تبریدی

ارسال نظر

نوزده − 19 =