Ποιες είναι οι ιδιότητες των εξαρτημάτων που χρησιμοποιούνται για τον διαχωρισμό του αέρα;
1. Κλασματική απόσταξη:
* Στοιχεία:
* Στήλη κλασματικής: Μια ψηλή στήλη με δίσκους ή υλικό συσκευασίας που έχει σχεδιαστεί για να διευκολύνει τους πολλαπλούς κύκλους εξάτμισης-συμπύκνωσης. Η στήλη διατηρείται σε βαθμίδα θερμοκρασίας, με το πιο καυτό τμήμα στο κάτω μέρος.
* συμπυκνωτής: Ψύχει τον εξατμισμένο αέρα, προκαλώντας το να συμπυκνωθεί σε υγρό.
* Ιδιότητες:
* Διαφορές σημείου βρασμού: Η βασική αρχή είναι ότι τα διαφορετικά αέρια στον αέρα έχουν διαφορετικά σημεία βρασμού. Το άζωτο έχει το χαμηλότερο σημείο βρασμού, ακολουθούμενο από οξυγόνο, στη συνέχεια αργόν και ούτω καθεξής.
* κλίση θερμοκρασίας: Η κλίση θερμοκρασίας στη στήλη επιτρέπει τον αποτελεσματικό διαχωρισμό. Καθώς ο αέρας αυξάνεται μέσω της στήλης, τα αέρια με χαμηλότερα σημεία βρασμού συμπυκνώνονται σε υψηλότερα επίπεδα, ενώ εκείνα με υψηλότερα σημεία βρασμού συμπυκνώνονται χαμηλότερα.
* επιφάνεια: Το υλικό συσκευασίας ή οι δίσκοι στη στήλη παρέχουν μια μεγάλη επιφάνεια για επαφή ατμού-υγρού, ενισχύοντας την αποτελεσματικότητα του διαχωρισμού.
2. Κρυογονικός διαχωρισμός:
* Στοιχεία:
* συμπιεστής: Συμπιέζει τον αέρα, αυξάνοντας την πίεση και τη θερμοκρασία του.
* Εναλλάκτης θερμότητας: Ψύχεται ο συμπιεσμένος αέρας χρησιμοποιώντας ψυκτικό.
* Μηχανή επέκτασης: Επεκτείνει τον ψυγμένο αέρα, προκαλώντας την ψύξη περαιτέρω.
* Ιδιότητες:
* Χαμηλή θερμοκρασία: Αυτή η μέθοδος χρησιμοποιεί εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες (κάτω από -150 ° C) για να υγροποιήσει τον αέρα.
* Εξάρτηση πίεσης και θερμοκρασίας: Η αποτελεσματικότητα του διαχωρισμού εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από την πίεση και τη θερμοκρασία του αέρα.
* Κατανάλωση υψηλής ενέργειας: Ο κρυογονικός διαχωρισμός είναι ένταση ενέργειας λόγω των ακραίων απαιτήσεων θερμοκρασίας.
3. Διαχωρισμός μεμβράνης:
* Στοιχεία:
* μεμβράνη: Ένα λεπτό, επιλεκτικά διαπερατό φράγμα που επιτρέπει σε ορισμένα αέρια να περάσουν, ενώ άλλα διατηρούνται.
* Διαφορά πίεσης: Μια διαφορά πίεσης διατηρείται σε όλη τη μεμβράνη, οδηγώντας τη διαδικασία διείσδυσης.
* Ιδιότητες:
* Επιλεκτική διαπερατότητα: Οι μεμβράνες έχουν σχεδιαστεί για να ευνοούν τη διέλευση συγκεκριμένων αερίων όπως το άζωτο ή το οξυγόνο.
* Διαπερατότητα και επιλεκτικότητα: Η απόδοση εξαρτάται από τη διαπερατότητα (ρυθμό ροής αερίου) και την εκλεκτικότητα (προτίμηση για ένα αέριο έναντι άλλου) της μεμβράνης.
* Χαμηλή κατανάλωση ενέργειας: Ο διαχωρισμός μεμβράνης είναι γενικά λιγότερο ενεργειακά έντυπη σε σύγκριση με τις κρυογονικές μεθόδους.
4. Διαχωρισμός προσρόφησης:
* Στοιχεία:
* Προσροφητικό υλικό: Ένα στερεό υλικό (π.χ. ζεόλιθοι, ενεργοποιημένος άνθρακας) με υψηλή επιφάνεια που δεσμεύεται επιλεκτικά σε ορισμένα αέρια.
* Σύστημα προσρόφησης πίεσης (PSA): Μια κυκλική διαδικασία που περιλαμβάνει την πίεση του προσροφητικού κρεβατιού σε προσροφητικές αερίων, και στη συνέχεια απομακρύνεται για την απελευθέρωση των προσροφημένων εξαρτημάτων.
* Ιδιότητες:
* Επιλεκτική προσρόφηση: Το προσροφητικό υλικό προσροφάται κατά προτίμηση ειδικά αέρια με βάση το μοριακό μέγεθος, την πολικότητα και τη συγγένειά τους.
* αναγέννηση: Το προσροφητικό κρεβάτι πρέπει να αναγεννηθεί περιοδικά με αποσυμπίεση και καθαρισμό με αδρανές αέριο.
* Μέτρια κατανάλωση ενέργειας: Τα συστήματα PSA συνήθως απαιτούν λιγότερη ενέργεια από τον κρυογονικό διαχωρισμό, αλλά περισσότερο από τον διαχωρισμό μεμβράνης.
Επιλογή της σωστής τεχνικής:
Η επιλογή της μεθόδου διαχωρισμού αέρα εξαρτάται από διάφορους παράγοντες:
* Κλίμακα λειτουργίας: Οι εφαρμογές μικρής κλίμακας χρησιμοποιούν συχνά διαχωρισμό μεμβράνης, ενώ οι μεγάλης κλίμακας λειτουργίες μπορούν να χρησιμοποιούν κρυογονικές ή κλασματικές μεθόδους απόσταξης.
* Απαιτήσεις καθαρότητας: Η επιθυμητή καθαρότητα των διαχωρισμένων αερίων θα επηρεάσει την επιλογή της μεθόδου.
* Οικονομικές εκτιμήσεις: Το κόστος του εξοπλισμού, της κατανάλωσης ενέργειας και της συντήρησης είναι κρίσιμοι παράγοντες.
* Περιβαλλοντικές επιπτώσεις: Ορισμένες μέθοδοι, όπως ο κρυογονικός διαχωρισμός, έχουν υψηλότερο αποτύπωμα άνθρακα λόγω των ενεργειακών τους απαιτήσεων.
Η κατανόηση των ιδιοτήτων των διαφόρων συστατικών και η επίδρασή τους στην αποτελεσματικότητα του διαχωρισμού είναι απαραίτητη για το σχεδιασμό και τη βελτιστοποίηση των συστημάτων διαχωρισμού του αέρα.
