Quy trình xử lý của các đơn vị tách khí

Quy trình xử lý của các bộ phận tách khí chủ yếu bao gồm một số giai đoạn chính: nén khí, lọc không khí, trao đổi nhiệt và chỉnh lưu.

Giai đoạn đầu tiên là nén khí. Không khí đi vào máy nén khí thông qua bộ lọc khí; hoạt động giống như một máy bơm cơ học mạnh mẽ, máy nén làm tăng đáng kể áp suất của không khí. Điều này rất cần thiết vì các quá trình phân tách tiếp theo hoạt động hiệu quả nhất trong điều kiện áp suất cụ thể. Áp suất của khí nén có thể đạt tới mức từ vài đến thậm chí hàng chục atm.

Khí nén mang một lượng nhiệt đáng kể, cần phải đưa nó vào giai đoạn lọc không khí. Mục tiêu chính của quá trình lọc không khí là loại bỏ các tạp chất-chẳng hạn như độ ẩm, carbon dioxide và bụi-khỏi khí nén. Nếu những tạp chất này không được loại bỏ, chúng có thể đóng băng hoặc làm tắc nghẽn đường ống bên trong thiết bị hạ lưu, do đó làm gián đoạn hoạt động bình thường. Các phương pháp tinh chế phổ biến bao gồm hấp phụ rây phân tử và tách làm mát. Sàng phân tử có chức năng giống như "bọt biển siêu thấm", hấp thụ chắc chắn độ ẩm và carbon dioxide; ngược lại, quá trình phân tách làm mát thúc đẩy các điểm hóa lỏng khác nhau của các loại khí khác nhau ở nhiệt độ thấp, khiến các tạp chất cụ thể hóa lỏng và tách ra trước tiên.

Không khí được làm sạch sau đó sẽ chảy vào bộ trao đổi nhiệt chính. Tại đây, nó trải qua quá trình trao đổi nhiệt với khí đông lạnh thoát ra khỏi cột chỉnh lưu. Không khí nóng truyền năng lượng nhiệt của nó sang khí lạnh, làm cho nhiệt độ của chính nó giảm xuống, trong khi khí lạnh hấp thụ lượng nhiệt này và tăng nhiệt độ. Quá trình này có thể ví như hai người chia sẻ hơi ấm, giúp nhau đạt được nhiệt độ phù hợp hơn. Sau quá trình trao đổi nhiệt này, nhiệt độ của không khí giảm mạnh, đưa nó đến gần điểm hóa lỏng.

 

Tiếp theo, không khí được làm mát đi vào cột chỉnh lưu. Cột chỉnh lưu đóng vai trò là thành phần tách lõi của toàn bộ bộ phận tách khí. Nó hoạt động giống như một tòa tháp ma thuật, có khả năng tách các thành phần như oxy và nitơ khỏi luồng không khí đi vào. Trong cột, sự phân tách đạt được bằng cách khai thác sự khác biệt về điểm sôi giữa oxy và nitơ. Vì nitơ có nhiệt độ sôi thấp hơn oxy nên nitơ tăng lên trong cột trong khi oxy giảm xuống. Nitơ tăng dần trải qua nhiều giai đoạn tinh chỉnh và ngưng tụ, tăng dần độ tinh khiết cho đến khi cuối cùng trở thành nitơ sản phẩm cuối cùng; tương tự, oxy đi xuống trải qua một quá trình song song để trở thành oxy sản phẩm cuối cùng. Đồng thời, một lượng argon nhất định được tạo ra trong quá trình chỉnh lưu; chất này được rút ra thông qua một cổng hút bên -argon chuyên dụng và sau đó được tách và tinh chế thêm để tạo ra sản phẩm argon cuối cùng.

Trong số khí đông lạnh thoát ra khỏi cột chỉnh lưu, một phần chảy đến bộ trao đổi nhiệt chính để tạo điều kiện trao đổi nhiệt, trong khi một phần khác đóng vai trò là nguồn đông lạnh để làm mát các thiết bị khác-chẳng hạn như bộ làm mát khí nạp của máy nén khí-trước khi quay trở lại cột chỉnh lưu để tham gia lại quá trình tách, nhờ đó hoàn thành một chu trình liên tục.