9.5. Двукратная ректификация

Схема кислородного аппарата двукратной ректификации приведена на рис. 36. Этот аппарат состоит из двух ректификационных колонн. В нижней колонне А происходит предварительное разделение воздуха на жидкий азот и обогащенную кислородом азото-кислородную смесь. Эти жидкости используются затем для орошения верхней колонны Б, в которой воздух окончательно разделяется на кислород и азот. Сжатый компрессором и охлажденный в теплообменнике (теплообменник на схеме не показан) воздух по трубе 1 поступает в змеевик испарителя 3. В кубе 2 находится жидкая смесь, состоящая из 45 % кислорода и 55 % азота. В змеевике 3 воздух конденсируется и через дроссельный вентиль 4 подается в середину колонны А. Стекая по тарелкам колонны, жидкий воздух встречается с поднимающимися парами, вследствие чего происходит предварительная ректификация жидкого воздуха. Между верхней и нижней колоннами расположен конденсатор В, состоящий из большого числа вертикальных трубок 8, концы которых впаяны в горизонтальные трубные решетки 9. Внутреннее пространство трубок сообщается с нижней колонной, работающей под избыточным давлением 4,5-5,5 кг·с/см2. Это давление в нижней колонне уста-

Рис. 36. Схема колонны двукратной ректификации: А - нижняя колонна; Б - верхняя колонна; В - конденсатор; 1 - труба для подвода сжатого воздуха из теплообменника; 2 - куб колонны; 3 - змеевик испарителя; 4 - воздушный дроссельный вентиль; 5 - тарелки; 6 - кислородный дроссельный вентиль; 7 - карманы конденсатора; 8 - трубки конденсатора; 9 - трубные решетки конденсатора; 10, 12 - трубы для отвода газообразных кислорода и азота; 11 - азотный дроссельный вентиль

навливается самопроизвольно в соответствии с тепловой нагрузкой конденсатора.

При данных составах пара в верхней части нижней колонны и жидкости в конденсаторе количество конденсирующихся паров азота определяется высотой уровня жидкого кислорода между трубками конденсатора и величиной давления в нижней колонне А. Межтрубное пространство конденсатора сообщается с верхней колонной, избыточное давление в которой не превышает 0,5 кг·с/см². Это давление обусловлено сопротивлением линий отвода продуктов разделения (кислорода и азота) из колонны.

Жидкий кислород заполняет межтрубное пространство конденсатора. Поскольку избыточное давление паров азота составляет около 5 кг·с/см², а паров кислорода - около 0,5 кг·с/см², температура конденсации паров азота превышает температуру жидкого кислорода. Поэтому азот конденсируется в трубках конденсатора и стекает в нижнюю колонну, орошая ее насадку, расположенную выше места ввода жидкого воздуха из испарителя, и обеспечивая процесс ректификации.

Остальная часть жидкого азота (концентрация 94-97 %) собирается в карманах 7 конденсатора и через азотный дроссельный вентиль 11 подается на орошение верхней тарелки колонны Б.

В ту же колонну, примерно на уровне 2/3 ее высоты, через кислородный дроссельных вентиль 6 подается жидкая азото-кис-лородная смесь (кубовая жидкость) из куба 2. В результате ректификации в верхней колонне, в межтрубном пространстве конденсатора собирается жидкий кислород концентрации 99,5-99,8 %. Пары его частично поднимаются вверх по колонне и участвуют в процессе ректификации, а частично отводятся по трубе 10 в теплообменник и затем направляются в газгольдер готового продукта. Азот концентрации 97-98 % собирается в верхней части колонны Б и по трубе 12 через теплообменник удаляется в атмосферу.

Благодаря тому, что в верхнюю часть колонны аппарата двукратной ректификации подается почти чистый жидкий азот, отходящий азот (при достаточном орошении верхней тарелки) содержит не более 2-3 % кислорода. Следовательно, потери кислорода с азотом значительно меньше, чем в аппаратах однократной ректификации, и процесс разделения воздуха при двукратной ректификации более экономичен.