Технологічне значення повітря

Сучасні технології широко використовують повітря для таких цілей:

- як сировину, для добування кисню, азоту, інертних газів;

- як енергоносій для охолодження технологічних потоків у холодильниках, градирнях (охолодження води для оборотних систем водопостачання); двигунів внутрішнього згорян­ня з повітряним охолодженням;

- як джерело кисню в окисно-відновних технологічних проце­сах (у хімпромисловості, у металургії, на транспорті);

- як енергоносій для осушення сировини, продукції;

- як силовий орган в пневмотранспорті, пневмосистемах управління, інжекторах.

Розділення повітря

Так як повітря є суміш газів, його використовують для добування азоту, кисню, неону, аргону, криптону, ксенону. В основі технології розділення повітря покладено різницю температур кипіння скла­дових компонентів повітря. Для цього охолодженне повітря пере­творюють в рідину. При охолодженні газу (перегрітої пари) - від нього спочатку віднімається теплота перегріву і він перетворюється в суху насичену пару. При подальшому охолодженні віднімається додатково теплота конденсації й суха насичена пара перетворюється у вологу пару, в якій вміщуються крапельки рідини. Якщо рідину нагрівати, вона перетворюється в газ. Для того, щоб вся рідина википіла, до неї необхідно підвести кількість тепла, яка дорівнює теплоті конденсації. Процеси скраплення газу і його випаровування є оборотними процесами. Температура скраплення залежить від тиску: Чим менший тиск газу, тим нижча температура його скрап­лення, із збільшенням тиску температура підвищується.

Таблиця ІІІ-1

Температури кипіння газів

Газ	N2	O2	Ar	He	Ne	Kr
t кип. 0С Т кип. К	-195,7 77	-182,97 90,18	-185,7 7,35	-268,9 4,92	-245,9 77,05	-153,2 119,95

Газ	Xe	O3	He	CO2	Сухе повітря
t кип. 0С Т кип. К	-109,1 165,05	-112,4 160,75	-252,8 20,35	-78,5 194,65	-191,8 81,35

Таблиця ІІІ-1

Критичні параметри газів

Газ	N2	O2	CO2	O3	Ar
t кр. 0С	146,9	118,8	31	-5	122,4
р кр., н/м2	32,9	48,7	71,5	65,7	47,1
ρ, кг/м3	311	429,9	468	537	531

Газ	H2	He	Kr	Xe	Ne	Сухе повітря
t кр. 0С	-239,9	-268	-63,8	16,6	-228,7	-140,7
р кр., н/м2	12,5	2,2	53,1	56,5	26,3	36,5
ρ, кг/м3	31	69,3	908,5	1099	483,5	340,5

Для кожного газу існує певна температура, вище якої його не можна перетворити в рідину при будь-якому тиску (таблиця III-1, ІІІ-2). Таку температуру називають критичною. Тиск, при якому проходить скраплення газу, що має критичну температуру називають критичним. Скраплення повітря за нормального атмосферного тиску починається за температури - 191,8°С і завершується за – 193,7°С.

Схема скраплення повітря представлена на рис.ІІІ-1.

Для охолодження й скраплення газів використовують холодиль­ні цикли - замкнутий процес послідовного стиснення і розширення газу, що супроводжується нагріванням та охолодженням. На стис­нення газу витрачається зовнішня механічна робота, яка частково компенсується при розширенні газу.

Рис. ІІІ-1. Схема скраплення газу

Рис. Ш-2. Ідеальний холодильний цикл скраплення повітря

У всякому холодильному циклі робота, що витрачається більша отриманої. Перенос теплоти з одного температурного рівня на інший здійснюється повітрям, деколи аміаком або фреоном. Ідеаль­ний холодильний цикл скраплення повітря представлений на рис. Ш-2.

Стискування повітря при постійній температурі проходить по осі 1-3. Тепло, що виділяється, передається в холодильниках. Роз­ширення і виконання зовнішньої роботи здійснюється по осі 3-0. При цьому температура повітря понижується до Т₂ і все повітря зріджується, так як точка 0 лежить лівіше критичної точки, що відповідає стану повного скраплення повітря. Лінія 0-3-1 відповідає нагріванню повітря до початкової температури Т₁, віддається від холодоагента - повітря при цьому охолоджується і зріджується (лінії 1-3-0).

Для повного розділення повітря використовують процес ректи­фікації. Суть процесу полягає в тому, що при кипінні повітря, пара, що виділяється, вміщує той компонент, температура кипіння якого відповідає температурі рідини (рис.Ш-3).

Рис. Ш-3. Температурний графік розділення повітря СП-сухе повітря.