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      氧化亞氮對空分設備有何危害?
      答:氧化亞氮的分子式為N2O,也叫一氧化二氮,俗稱“笑氣”。大氣中的氧化亞氮濃度約為3×10-9。隨著生態環境的惡化,它的含量以每年0.2%~0.3%的速度增加。
      土壤微生物在土壤及海洋中的氧化和脫氮活動生成的氧化亞氮占大氣中氧化亞氮含量的1/3,另外2/3是人為生成的。例如:礦物燃料、生物體、廢棄物的燃燒、污水處理、發酵源、汽車廢氣等都會導致N2O的生成。在N2O生成源附近,大氣中N2O的含量可達到3×10-6以上。雖然N2O的化學性質不活潑,既不會產生腐蝕,也不會發生爆炸,但是它的物理性質對空氣分離具有危害。它的臨界溫度為309.7K,臨界壓力為7.27MPa,其三相點是182.3K、0.088MPa。在空氣分離裝置的壓力和溫度的條件下,它具有升華性質。在常壓下,其沸點為185K,比N2、O2、Ar的沸點都高,因而,在氧、氮分離過程中,它將濃縮于液氧中。
      N2O在水中的溶解度很小,N2O隨加工空氣經過空氣過濾器、壓縮機、冷卻器、水分離器后不能將其分離、除去。大部分N2O都會帶入分子篩純化器,分子篩對N2O的吸附能力小于對CO2的吸附能力。N2O先穿透吸附床層而進入精餾塔,而且在分子篩對H2O、CO2、C2H2等碳氫化合物的共吸附過程中,CO2能夠將分子篩已吸附的N2O分子置換出來。所以,分子篩也不能清除N2O。在主換熱器中,加工空氣被冷卻到接近液化溫度,N2O首先冷凝成固體,會造成空氣通道阻塞。在加工空氣壓力為0.6MPa,N2O含量為1×10-6時,N2O的凝結析出溫度為113K。
      在精餾塔中,因為N2O相對N2、O2、Ar組分為高沸點組分,故它將溶解在液氧中,致使在上塔底無法獲得高純度的液氧和氣氧產品。據測定,氧產品純度為99.5%時,N2O的平均含量為1.4×10-5。并且,在液氧排放不充分時,N2O在液氧中不斷積累,當液氧中的N2O含量大于50×10-6時,就會呈固態析出,阻塞主冷凝蒸發器通道。
      在稀有氣體氪、氙的生產中,隨著氪、氙的濃縮,N2O也濃縮。N2O的含量可達100×10-6~150×10-6。N2O本身不燃燒,但可以熱分解。這將影響對粗氪、氙中CH4的催化燃燒的清除以及利用分子篩對生成的水和二氧化碳的吸附。
      由于環境的問題,空氣中的N2O的濃度不斷增加。況且電子等行業對氧產品的純度要求越來越高(99.99%~99.9999%),因此,對加工空氣中的N2O的清除比過去更重要。較好的清除方法是尋找合適的分子篩,在分子篩純化器中將加工空氣中的H2O、CO2、C2H2、N2O共吸附而清除。
      什么叫液懸(液泛)?
      答:在精餾塔內,液體沿塔板通過溢流斗逐塊下流,與溫度較高的蒸氣在塔板上接觸,發生傳熱和部分蒸發、部分冷凝的過程。如果塔板上的液體難于沿溢流斗流下,造成溢流斗內液面越漲越高,直至與塔板上的液面相平,液體無法下流,就叫“液懸”或“液泛”。如圖56所示,當溢流斗內液面超過溢流斗高度的50%時,就認為開始發生輕微的液泛。
      精餾塔內氣液在正常流動時,由于蒸氣是自下而上地流動,要克服塔板的阻力。因此,上部的壓力(P2)要比下部的壓力(P1)低。其壓差(P1-P2)反映了每塊塔板阻力的大小。液體自上而下流動是從壓力低處流向壓力高處,因此,溢流斗內的液面一定要比塔板上的液面高到一定程度才能流出。同時,液體在流過溢流斗時,液體還要克服在出口處的阻力,因此,溢流斗內的液面只有上升到液柱所產生的壓力能夠克服塔板上、下的壓差和溢流斗的阻力時,才能保證液體順利流過,液面保持穩定。
      當塔板阻力增加,造成塔板上、下的壓差增加,或溢流斗的阻力增加時,靠溢流斗內原有的液體高度已不足以克服壓差和阻力,則液體暫時不能流下。當溢流斗內液面漲到一定高度時,又達到新的平衡。當塔板阻力或溢流斗阻力過大時,必將引起溢流斗內液面繼續上漲,直至與上一塊塔板的液面相平,塔板上的液體也隨之上漲。當塔板上的液體上漲到上升蒸氣無法托持住時,就會從篩孔一瀉而下。如果產生液泛的原因沒有消除,則又會重復上述過程。
      由此可見,當塔內發生液泛時,阻力、液面將發生很大的波動。同時破壞了塔內的精餾過程,產品純度往往達不到要求,并且波動很大,無法維持正常生產。在操作中應盡力避免液泛的發生,并及時進行處理。
      什么叫氧的提取率?
      答:在采用空氣分離法制取氧氣時,總是希望將加工空氣中的氧盡可能多地作為產品分離出來。為了評價分離的完善程度,引入氧提取率這一概念。
      氧提取率以產品氧中的總氧量與進塔加工空氣中的總氧量之比來表示。即
      式中ψ--氧的提取率;
      Vo2、Vk--氧氣產量和加工空氣量,m3/h;
      yo2、yk--產品氧和空氣中所含氧的體積分數。
      從上式可以看出:對于一定的地點,空氣中的含氧量基本不變。當進塔空氣量和產品氧純度一定時,氧提取率的高低取決于氧產量的多少。而氧產量的多少,對于全低壓制氧機在進氣量一定的條件下,主要決定于污氮中含氧的高低?,F以3200m3/h空分裝置為例,當進塔空氣為18100m3/h,污氣氮量為加工空氣量的60.2%,污氮中氧的體積分數為5.5%時,氧產量是3200m3/h,氧純度是99.6%。由此可以算出,此時氧提取率為
      ψ=3200×99.6/(18100×20.9)=0.842,即84.2%
      同時可以算出隨污氮跑掉的氧氣量為18100(m3/h)×60.2/%×5.5%=599.2m3/h。如果污氮中含氧增大至7.5%,則隨污氮跑掉的氧氣量為:
      18100(m3/h)×60.2%×7.5%=817.2m3/h
      由此可見,氧氣產量將減少(817.2-599.2)m3/h=218m3/h,即氧產量為(3200-218)m3/h=2982m3/h。此時氧提取率為 ψ=2982×99.6/(18100×20.9)=0.718=71.8%。
      所以,應該努力降低污氮中的含氧量,這樣可以多產氧,提高氧的提取率。
      全低壓的精餾塔的氧提取率以前只有80%~85%,現在已提高到90%~95%,最先進的甚至可達99%左右。
      為什么有的精餾塔下塔抽污液氮,有的下塔不抽污液氮?
      答:切換式換熱器流程制氧機,為了達到水分和二氧化碳的自清除,要求有較大的污氣氮量才能保證不凍結條件,因此,純氣氮產品量較少,最多只能達到氣氧產量的1.3倍。因而,下塔提供給上塔的純液氮量較少,可以抽出一股污液氮到上塔。這樣,還可使上塔精餾段的回流比加大,使它具有更大的精餾潛力,從而允許較多的膨脹空氣進入上塔,以防膨脹空氣旁通,影響氧提取率。
      對于分子篩純化增壓膨脹流程的制氧機而言,因不受自清除的限制,純氣氮產品量有較大幅度的提高。除了保證分子篩純化器再生用的污氮量而外,其余都可以作為純氣氮產品送出,純氮產量與氧產量之比可達3~3.5。這樣,下塔需要較大的回流比,才能保證純液氮的量和純度,而后再送入上塔作為回流液。
      此外,由于這種流程采用增壓膨脹,膨脹工質的單位制冷量較高,在補償同樣冷損的前提下,所需的膨脹量較小,一般不會超出上塔允許吹入的空氣量。因此,也不需要靠抽污液氮來直接增大精餾段回流比。與此同時,由于不抽污液氮,下塔減少了抽口、管路和閥門,流程也簡化了。
      總之,純氣氮產品產量較大的制氧機下塔一般不抽污液氮。在采用增壓膨脹且膨脹量較小的情況下,下塔抽污液氮就更無必要。
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