Содержание примесей в жидком кислороде концентрации 99,995 % (сша)

Примеси	Концентрация (в объемных долях)
Азот	1,310–5
Аргон	1,010–5
Предельные углеводороды (типа CH4)	3,710–6

В процессах хранения и транспортирования в окружающей среде содержание примесей в жидком кислороде ОЧ возрастает. Как показала практика, в первую очередь увеличивается содержание азота. В табл. 4.9 приведены данные о среднем содержании отдельных постоянно присутствующих в кислороде примесей.

Таблица 4.9

Содержание примесей в жидком кислороде оч после транспортирования и хранения у потребителя

Примесь	Концентрация, объемная доля	Погрешность измерения, %
Азот	1,5–3,0·10–6	15
Аргон	1,010–7	15
Метан	3,010–7	20
Диоксид углерода	1,010–7	20

Содержание таких характерных для кислорода примесей, как криптон, ксенон, неон, оксид углерода, серооксид углерода, диазотоксид, сероводород, этан, пропан – менее 1,0·10^–7 объемной доли. Таким образом, очевидно, что основной примесью кислорода является азот. Содержание остальных примесей суммарно не превышает 5,010^–7 объемной доли.

Наиболее целесообразным способом дальнейшего концентрирования жидкого кислорода является использование адсорбционного метода. Адсорбционный метод эффективен при очистке веществ от микропримесей, достаточно просто реализуется и, что особенно следует подчеркнуть, эффективность его возрастает с понижением температуры процесса.

Возможность адсорбционного разделения разбавленного жидкого раствора кислород–азот была показана в работах [24, 25].

В результате экспериментов было установлено, что наибольшую эффективность очистки жидкого кислорода от микропримесей азота обеспечивает синтетический цеолит типа CaX. Содержание азота в кислороде в этом случае не превышает обычно 1,010^–7 объемной доли.

Процесс очистки жидкого кислорода исследовался в динамических условиях при скоростях потока от 0,06 м/мин до 0,42 м/мин на адсорбентах с размером гранул 2,5 мм. Установлено, что процесс массообмена в этих условиях лимитируется внешней диффузией только в области малых относительных концентраций. Кинетический коэффициент внешнего массообмена не превышает 3,210^–2 с^–1. Степень использования равновесной ёмкости слоя цеолита СаХ возрастает с понижением концентрации азота. Поэтому в области малых исходных концентраций азота (c₀ ≤ 210^–6 объемной доли) процесс очистки можно осуществлять при скоростях потока v = 0,3–3,0 см/с при сохранении высокой динамической активности слоя.

Расчет криогенного адсорбера для очистки жидкого кислорода от микропримесей азота

При транспортировании особочистого кислорода от места производства в автономных ректификационных модулях до потребителя происходит понижение его кондиции прежде всего за счёт диффузионных процессов азота из атмосферного воздуха. В связи с этим перед использованием жидкого кислорода его необходимо дополнительно очищать от примеси азота в жидкофазном адсорбере на слое синтетического цеолита типа CaX.

Азот является примесью, неограниченно растворимой в жидком кислороде, т. е. при указанной температуре адсорбции бинарная система жидкий кислород-азот относится к истинным разбавленным растворам, что позволяет исключить из рассмотрения процесса очистки дополнительный фильтрующий эффект зернистого слоя.

Алгоритм расчёта адсорбера аналогичен расчёту жидкофазного адсорбера для очистки кубовой жидкости от примеси ацетилена (4.7)–(4.14).

Исходными данными к расчёту адсорбера являются следующие параметры: – производительность по очищаемому кислороду, м³/ч; – давление адсорбции, МПа; τ – время защитного действия адсорбционного слоя, ч; теплофизические свойства очищаемого кислорода и адсорбционные характеристики синтетического цеолита CaX.

Количество примесей азота, поступающих в адсорбционный блок очистки за рабочий период, м³

, (4.15)

где – исходное содержание примеси азота в объёмных долях.

Объем адсорбента, необходимый для поглощения примесей азота, поступающих с потоком жидкого кислорода, м³

, (4.16)

где – динамическая ёмкость цеолита СаХ; Г – константа Генри, равная 84,2.

Диаметр адсорбера для поглощения микропримесей азота из среды жидкого кислорода, м

, (4.17)

где – плотность кислорода при нормальных условиях; – плотность жидкого кислорода при Т_ад = 83 К; v – скорость потока жидкого кислорода, м/с.

После задания внутреннего диаметра адсорбера получаем высоту слоя адсорбента, м

. (4.17)

Обычно расчетную высоту слоя адсорбента увеличивают на 20–30 %, учитывая возможность увеличения содержания азота в очищаемом жидком кислороде. Принимаем .

Масса цеолита в адсорбере

= 95,7 кг,

где – насыпная масса цеолита СаХ (см. табл. 14).