Воздуха разделение

ВОЗДУХА РАЗДЕЛЕНИЕ, технологический процесс выделения из воздушной смеси кислорода, азота, благородных газов (кроме гелия и радона). Разделению обычно предшествуют осушка и очистка воздуха от примесей углеводородов, диоксида углерода, оксидов азота, серы и пр.

Наиболее широко в промышленности применяется дистилляционный, или криогенный, метод, в котором разделение предварительно сжиженного воздуха на компоненты в ректификационных колоннах основано на разнице температур кипения составляющих его газов. Глубокое охлаждение воздушной смеси осуществляется в детандерах благодаря эффекту охлаждения сжатого воздуха, совершающего внешнюю работу при расширении. В турбодетандерах, предложенных в конце 1930-х годов П. Л. Капицей, требуемое охлаждение достигается путём сжатия воздуха до давления менее 0,5 МПа и последующего расширения. Производительность современных дистилляционных воздухоразделительных установок - несколько тысяч м³ газообразных продуктов за 1 час. Дистилляционный метод наиболее экономичен при использовании воздухоразделительных установок большой производительности.

В воздухоразделительных установках малой и средней мощности применяются мембранный и адсорбционный методы, не требующие низкотемпературного охлаждения воздушной смеси. Мембранный метод основан на разнице в скоростях транспорта компонентов воздуха через селективные синтетические мембраны. Движущая сила процесса - разность химических потенциалов компонентов воздуха по обе стороны мембраны. Степень разделения определяется соотношением скоростей абсорбции (растворения) компонентов в мембране и транспорта компонентов в объёме мембраны. Производительность мембранного процесса зависит от величины поверхности мембран. Наиболее перспективны наноразмерные мембраны регулярной структуры из полых волокон (половолоконные мембраны).

Адсорбционный метод воздуха разделения основан на селективной адсорбции компонентов воздуха на молекулярных ситах (синтетические и природные цеолиты или активированные угли). В отличие от дистилляционного и мембранного методов, адсорбционное разделение - периодический процесс, осуществляемый в так называемых короткоцикловых установках. Основные стадии рабочего цикла, занимающего несколько минут, - адсорбция, в течение которой происходит собственно воздуха разделение, и регенерация адсорбента. Адсорбцию проводят при повышенном давлении (около 0,7 МПа), десорбция осуществляется вследствие сброса давления и удаления нецелевого компонента в атмосферу. Используя два адсорбера, поочерёдно находящиеся в стадии адсорбции и регенерации, получают непрерывный поток продуктов разделения.

Лит.: Кельцев Н. В. Основы адсорбционной техники. 2-е изд. М., 1984.