HANGZHOU NUZHUO TEKNOLOGIA GROUP CO., LTD.

Syvä kryogeeninen ilmanerotusteknologia on menetelmä, jossa ilman pääkomponentit (typpi, happi ja argon) erotetaan matalissa lämpötiloissa. Sitä käytetään laajalti esimerkiksi teräs-, kemian-, lääke- ja elektroniikkateollisuudessa. Kaasujen kysynnän kasvaessa myös syvän kryogeenisen ilmanerotusteknologian käyttö yleistyy. Tässä artikkelissa käsitellään perusteellisesti syvän kryogeenisen ilmanerotuksen tuotantoprosessia, mukaan lukien sen toimintaperiaate, tärkeimmät laitteet, toimintavaiheet ja soveltaminen eri teollisuudenaloilla.

Yleiskatsaus kryogeeniseen ilmanerotustekniikkaan

Kryogeenisen ilmanerottelun perusperiaate on jäähdyttää ilma erittäin alhaisiin lämpötiloihin (yleensä alle -150 °C), jotta ilman komponentit voidaan erottaa niiden eri kiehumispisteiden mukaan. Yleensä kryogeeninen ilmanerotteluyksikkö käyttää raaka-aineena ilmaa ja käy läpi prosesseja, kuten puristus, jäähdytys ja paisunta, erottaen lopulta typen, hapen ja argonin ilmasta. Tämä teknologia voi tuottaa erittäin puhtaita kaasuja ja prosessiparametrien tarkan säätelyn avulla täyttää eri teollisuudenalojen tiukat kaasunlaatuvaatimukset.

Kryogeeninen ilmanerotusyksikkö on jaettu kolmeen pääosaan: ilmakompressoriin, ilman esijäähdyttimeen ja kylmälaatikkoon. Ilmakompressoria käytetään ilman puristamiseen korkeaan paineeseen (yleensä 5–6 MPa), esijäähdytin alentaa ilman lämpötilaa jäähdyttämällä ja kylmälaatikko on koko kryogeenisen ilmanerotusprosessin ydinosa, mukaan lukien fraktiointitorni, jota käytetään kaasujen erotteluun.

Ilman puristus ja jäähdytys

Ilman puristus on kryogeenisen ilman erottelun ensimmäinen vaihe, jonka päätarkoituksena on puristaa ilmakehän paineessa olevaa ilmaa korkeampaan paineeseen (yleensä 5–6 MPa). Kun ilma tulee järjestelmään kompressorin läpi, sen lämpötila nousee merkittävästi puristusprosessin vuoksi. Siksi on suoritettava sarja jäähdytysvaiheita paineilman lämpötilan alentamiseksi. Yleisiä jäähdytysmenetelmiä ovat vesijäähdytys ja ilmajäähdytys, ja hyvä jäähdytysteho voi varmistaa, että paineilma ei aiheuta tarpeetonta kuormitusta laitteistolle myöhemmän käsittelyn aikana.

Kun ilma on alustavasti jäähdytetty, se siirtyy seuraavaan vaiheeseen, esijäähdytykseen. Esijäähdytysvaiheessa käytetään yleensä typpeä tai nestemäistä typpeä jäähdytysväliaineena, ja lämmönvaihtolaitteiden avulla paineilman lämpötilaa lasketaan edelleen, mikä valmistaa sitä seuraavaan kryogeeniseen prosessiin. Esijäähdytyksen avulla ilman lämpötila voidaan laskea lähelle nesteytyslämpötilaa, mikä luo tarvittavat olosuhteet ilman komponenttien erottumiselle.

Matalan lämpötilan laajeneminen ja kaasujen erottuminen

Kun ilma on puristettu ja esijäähdytetty, seuraava tärkeä vaihe on matalan lämpötilan laajeneminen ja kaasujen erotus. Matalaan lämpötilaan laajeneminen saavutetaan laajentamalla paineilma nopeasti paisuntaventtiilin kautta normaalipaineeseen. Paisuntaprosessin aikana ilman lämpötila laskee merkittävästi ja saavuttaa nesteytymislämpötilan. Ilman typpi ja happi alkavat nesteytyä eri lämpötiloissa kiehumispiste-erojensa vuoksi.

Kryogeenisessä ilmanerotuslaitteessa nesteytetty ilma tulee kylmälaatikkoon, jossa fraktiointitorni on kaasujen erottelun keskeinen osa. Fraktiointitornin ydinperiaatteena on hyödyntää ilman eri komponenttien kiehumispiste-eroja kaasun noustessa ja laskeessa kylmälaatikossa kaasun erottamiseksi. Typen kiehumispiste on -195,8 °C, hapen -183 °C ja argonin -185,7 °C. Säätämällä lämpötilaa ja painetta tornissa voidaan saavuttaa tehokas kaasujen erotus.

Fraktiointitornin kaasunerotusprosessi on erittäin tarkka. Yleensä käytetään kaksivaiheista fraktiointitornijärjestelmää typen, hapen ja argonin erottamiseen. Ensin typpi erotetaan fraktiointitornin yläosassa, kun taas nestemäinen happi ja argon väkevöidään alaosassa. Erotustehokkuuden parantamiseksi torniin voidaan lisätä jäähdytin ja höyrystin, joilla kaasunerotusprosessia voidaan ohjata tarkemmin.

Uutettu typpi on yleensä erittäin puhdasta (yli 99,99 %), ja sitä käytetään laajalti metallurgiassa, kemianteollisuudessa ja elektroniikassa. Happea käytetään lääketieteessä, terästeollisuudessa ja muilla paljon energiaa kuluttavilla teollisuudenaloilla, jotka tarvitsevat happea. Argon on harvinainen kaasu, joka uutetaan yleensä kaasunerotusprosessin avulla. Se on erittäin puhdasta ja sitä käytetään laajalti hitsauksessa, sulatuksessa ja laserleikkauksessa muiden korkean teknologian alojen ohella. Automaattinen ohjausjärjestelmä voi säätää erilaisia prosessiparametreja todellisten tarpeiden mukaan, optimoida tuotannon tehokkuutta ja vähentää energiankulutusta.

Lisäksi syvän kryogeenisen ilmanerotusjärjestelmän optimointiin kuuluu myös energiansäästö- ja päästöjenhallintateknologioita. Esimerkiksi ottamalla talteen järjestelmän matalan lämpötilan energia voidaan vähentää energiahukkaa ja parantaa kokonaisenergiankäytön tehokkuutta. Lisäksi yhä tiukentuvien ympäristömääräysten myötä nykyaikaisissa syvän kryogeenisen ilmanerotuslaitteissa kiinnitetään entistä enemmän huomiota haitallisten kaasupäästöjen vähentämiseen ja tuotantoprosessin ympäristöystävällisyyden parantamiseen.

Syvän kryogeenisen ilmanerotuksen sovellukset

Syväkryogeenisellä ilmanerottelutekniikalla on tärkeitä sovelluksia paitsi teollisuuskaasujen tuotannossa, myös merkittävä rooli useilla aloilla. Teräs-, lannoite- ja petrokemianteollisuudessa syväkryogeenistä ilmanerottelutekniikkaa käytetään erittäin puhtaiden kaasujen, kuten hapen ja typen, tuottamiseen, mikä varmistaa tehokkaat tuotantoprosessit. Elektroniikkateollisuudessa syväkryogeenisen ilmanerottelun tuottamaa typpeä käytetään ilmakehän säätelyyn puolijohdevalmistuksessa. Lääketieteen teollisuudessa erittäin puhdas happi on ratkaisevan tärkeää potilaiden hengitystuen kannalta.

Lisäksi syvällä kryogeenisellä ilmanerotustekniikalla on tärkeä rooli nestemäisen hapen ja nestemäisen typen varastoinnissa ja kuljetuksessa. Tilanteissa, joissa korkeapaineisia kaasuja ei voida kuljettaa, nestemäinen happi ja nestemäinen typpi voivat tehokkaasti vähentää tilavuutta ja alentaa kuljetuskustannuksia.

Johtopäätös

Syvä kryogeeninen ilmanerotusteknologia tehokkaiden ja tarkkojen kaasunerotusominaisuuksiensa ansiosta on laajalti käytössä useilla teollisuudenaloilla. Teknologian kehittyessä syvä kryogeeninen ilmanerotusprosessi tulee älykkäämmäksi ja energiatehokkaammaksi, samalla parantaen kaasunerotuksen puhtautta ja tuotantotehokkuutta. Tulevaisuudessa syvä kryogeenisen ilmanerotusteknologian innovaatioista ympäristönsuojelun ja luonnonvarojen talteenoton kannalta tulee myös keskeinen teollisuuden kehityssuunta.

Anna Puh./Whatsapp/Wechat:+86-18758589723

Email :anna.chou@hznuzhuo.com