Повітророзділова установка

Корисна модель відноситься до устаткування і технології реалізації процесів у кріогенних повітророзділових установках, які використовують для виробництва з повітря чистих кисню, азоту та аргону. Такі установки потрібні металургії, великотоннажній хімії, машинобудуванню, електротехніці та іншим галузям промисловості. Відомі різні повітророзділові установки високого та середнього тиску, в яких повітря стискається в багатоступінчатому поршневому компресорі. Але вони характеризуються низькою економічністю [див. Разделение воздуха методом глубокого охлаждения. Т.1. Под редакцией В.И. Епифановой, Л.С. Аксельрода - М.: Машиностроение, 1973. - 472с.]. Найближчою до корисної моделі, що заявляється, є повітророзділова установка, що містить сполучені між собою системою технологічних трубопроводів багатоступінчатий поршневий компресор, блок осушення й очищення, до складу якого входять два адсорбери, нагрівники, турбодетандер, холодильну машину і водяний теплообмінник [див. Криогенные системы. Т.2. Основы проектирования аппаратов, установок и систем. Архаров И.А., Беликов В.П. и др, М.: Машиностроение, 1999. - 720с.]. В наведеній установці повітря, стиснуте багатоступінчатим поршневим компресором до 7-20МПа, попередньо очищається від масла і вологи у масло- і вологовідокремлювачі та остаточно очищається за допомогою абсорбентів в блоку осушення й очищення. Холод, потрібний для зрідження повітря та його розділення на основні компоненти (кисень, азот, аргон), виробляється за рахунок розширення в турбодетандері частини стиснутого повітря Із здійсненням ним зовнішньої роботи. Дана установка обрана прототипом. Прототип і установка, що заявляється, мають такі спільні вузли і елементи: - багатоступінчатий поршневий компресор; - блок осушення й очищення з адсорберами; - нагрівники; - холодильна машина; - водяний теплообмінник; - теплообмінник термостабілізації. Але недоліком описаної повітророзділової установки є застосування в її схемі потужного електронагрівника відкидного газового потоку, який потрапляє потім на регенерацію адсорбенту блоку осушення й очищення повітря. При цьому повітророзділова установка даного типу має значний потенціал для її удосконалювання - це теплота компримування повітря в поршневому компресорі, яка не використовується. В основу корисної моделі, що заявляється, поставлена задача створити повітророзділову установку, в якій шляхом введення нових вузлів і елементів, а також за рахунок іншої схеми сполучення відомих і нових елементів і вузлів, забезпечити зменшення енергоспоживання. Поставлена задача вирішена в повітророзділовій установці, що містить сполучені між собою системою технологічних трубопроводів багатоступінчатий поршневий компресор, блок осушення й очищення, нагрівники, холодильну машину, водяний теплообмінник і теплообмінник термостабілізації тим, що вона додатково містить вакуумний насос, блок осушення й очищення містить додатковий третій адсорбер, а нагрівники вмонтовані в адсорбери, при цьому перший вихід багатоступінчатого поршневого компресора сполучений з першим входом блоку осушення й очищення, перший вихід якого сполучений з другим входом водяного теплообмінника, а перший вхід водяного теплообмінника сполучений з магістраллю підведення води, яка також сполучена з другим входом багатоступінчатого поршневого компресора, перший вихід водяного теплообмінника сполучений з магістраллю відведення води, яка також сполучена з другим виходом багатоступінчатого поршневого компресора, другий вихід водяного теплообмінника сполучений з першим входом теплообмінника термостабілізації, перший вихід якого сполучений з входом холодильної машини, вихід холодильної машини сполучений з другим входом теплообмінника термостабілізації, другий вихід якого сполучений з другим входом блоку осушення й очищення, другий вихід блоку осушення й очищення сполучений з третім входом теплообмінника термостабілізації, а вхід вакуумного насоса сполучений з магістраллю, яка з’єднує теплообмінник термостабілізації з другим входом блоку осушення й очищення. Забезпечення заявленого технічного результату стало можливим за рахунок ефективного застосування теплоти компримування повітря після останньої ступені поршневого компресора. Використання теплоти компримування спільно з вакуумуванням адсорбенту, що регенерує, окремим вакуумним насосом, дозволяє забезпечити регенерацію адсорбенту без застосування електронагрівника і відкидного газового потоку. Відсутність потреби у відкидному газовому потоці дозволяє максимально підвищити коефіцієнт використання компонентів повітря, не турбуючись при цьому про створення звичайно застосовуваних умов регенерації адсорбенту блоку осушення й очищення. Окрім того, вилучається компресор, який стискає відкидний газовий потік, тому що його тиск на виході з повітророзділової установки не завжди достатній для подолання опору адсорберу. Це досягається за рахунок ефективного використання частини теплоти компримування повітря та одночасного вакуумування адсорберів, які знаходяться в стані регенерації, що забезпечує всі умови для проведення ефективної регенерації адсорбенту блоку осушення й очищення і дозволяє відмовитися від електронагрівника, а також додаткового компресора для циркуляції відкидного газового потоку. Заявлена установка зображена на кресленні. Повітророзділова установка містить сполучені між собою системою технологічних трубопроводів багатоступінчатий поршневий компресор 1, блок осушення й очищення 2, який складається з трьох адсорберів 3. В кожний адсорбер 3 вмонтовано нагрівники 4. Установка також містить водяний теплообмінник 5, холодильну машину 6, теплообмінник термостабілізації 7 і вакуумний насос 8. Вказані елементи і вузли установки сполучені між собою за такою технологічною схемою. Перший вихід багатоступінчатого поршневого компресора 1 сполучений з першим входом блоку осушення й очищення 2, перший вихід якого сполучений з другим входом водяного теплообмінника 5, а перший вхід водяного теплообмінника 5 сполучений з магістраллю підведення води, яка також сполучена з другим входом багатоступінчатого поршневого компресора 1. Перший вихід водяного теплообмінника 5 сполучений з магістраллю відведення води, яка також сполучена з другим виходом багатоступінчатого поршневого компресора 1. Другий вихід водяного теплообмінника 5 сполучений з першим входом теплообмінника термостабілізації 7, перший вихід якого сполучений з входом холодильної машини 6. Вихід холодильної машини 6 сполучений з другим входом теплообмінника термостабілізації 7, другий вихід якого сполучений з другим входом блоку осушення й очищення 2. Другий вихід блоку осушення й очищення 2 сполучений з третім входом теплообмінника термостабілізації 5, а вхід вакуумного насоса 8 сполучений з магістраллю, яка з’єднує теплообмінник термостабвлізації 7 з другим входом блоку осушення й очищення 2. Установка працює таким чином. Атмосферне повітря крізь систему фільтрів всмоктується в багатоступінчатий поршневий компресор 1, стискається в ньому до тиску 7-20МПа і з температурою не нижче +145°С спрямовується в один з трьох поперемінно працюючих нагрівника 4, які вмонтовані в адсорбери 3, забезпечуючи необхідну для вакуумної регенерації абсорбенту температуру 90-110°С. Вакуумування адсорберів 3 забезпечує вакуумний насос 8. Циклограма роботи адсорберів 3 блоку осушення й очищення 2 побудована таким чином, що один адсорбер знаходиться в роботі, другий -регенерується, а третій знаходиться в стадії підйому тиску. Далі повітря, віддав високопотенціальну теплоту адсорбенту, що регенерує, з температурою 80-100°С спрямовується у водяний теплообмінник 5, де охолоджується до температури 30°С. Після цього він надходить в теплообмінник термостабілізації 7, де охолоджується до температури 8-10°С за рахунок теплообміну з охолодженою до 4-6°С водою. Охолодження води в теплообміннику термостабілізації 7 до вказаної температури забезпечується холодильною машиною 6. Після цього повітря спрямовується в один з адсорберів 3, де очищується та осушується від вологи і диоксиду вуглецю. В процесі адсорбції повітря підігрівається до 12-15°С. Для охолодження до вихідної температури повітря знову спрямовується в теплообмінник термостабілізації 7, після чого надходить в основний теплообмінник і далі в блок розділення (на кресленні окремою позицією не показано), в якому після зрідження в процесі ректифікації при температурі 80-90К з повітря виділяють кисень, азот і аргон. У запропонованій повітророзділовій установці виключені витрати електроенергії на забезпечення роботи потужних електронагрівників відкидного газового потоку, який використовується для регенерації адсорберів блоку осушення й очищення. В повітророзділовій установці високого тиску, яка переробляє 9000м3/год повітря, потужність таких електронагрівників складає 135кВт, таким чином економія електроенергії за рік перевищить 1млн.кВт·годину.