เทคโนโลยีการแยกอากาศแบบแช่แข็งผลิตออกซิเจนเหลวได้อย่างไร

เทคโนโลยีการแยกอากาศแบบไครโอเจนิกถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตออกซิเจนเหลว เทคโนโลยีการแยกอากาศแบบไครโอเจนิกส์หรือที่เรียกว่าเทคโนโลยี "อากาศไครโอเจนิก" หมายถึงเทคโนโลยีที่ใช้การกลั่นด้วยความเย็นเพื่อแยกส่วนประกอบก๊าซต่างๆ ออกจากอากาศ นอกจากนี้ ยังได้มีส่วนร่วมในหลายอุตสาหกรรม โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการผลิตออกซิเจนเหลวโดยการแยกอากาศด้วยความเย็นจัด ซึ่งได้แสดงให้เห็นถึงข้อได้เปรียบที่สำคัญ ซึ่งสะท้อนให้เห็นถึงบทบาทหลักและความเหนือกว่าทางเทคนิคของเทคโนโลยีการแยกอากาศด้วยความเย็นในการผลิตก๊าซอย่างเต็มที่

หลักการผลิตออกซิเจนเหลวโดยการแยกอากาศด้วยความเย็นจัด

การแยกอากาศด้วยความเย็นจะขึ้นอยู่กับกลุ่มจุดเดือดที่แตกต่างกันในส่วนประกอบต่างๆ ในอากาศ ที่อุณหภูมิต่ำ อากาศจะถูกแยกออกเป็นผลิตภัณฑ์ก๊าซต่างๆ ผลิตภัณฑ์หลัก ได้แก่ ก๊าซหายาก เช่น ออกซิเจน ไนโตรเจน และไก่ฟ้า โดยออกซิเจนเหลวเป็นผลิตภัณฑ์ที่สำคัญอย่างหนึ่ง หัวใจสำคัญของเทคโนโลยีนี้คือการสร้างและใช้สภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิต่ำเพื่อให้เกิดการแยกอากาศและการกลั่นอากาศ

การเปรียบเทียบค่าส่วนประกอบอากาศ

อากาศส่วนใหญ่ประกอบด้วยไนโตรเจนประมาณ 78% ออกซิเจนประมาณ 21% และก๊าซอื่นๆ จำนวนเล็กน้อย เช่น ก๊าซก๊าซและคาร์บอนไดออกไซด์ จุดเดือดของก๊าซเหล่านี้ที่อุณหภูมิต่างกันจะแตกต่างกัน ในหมู่พวกเขา จุดเดือดของไนโตรเจนคือ -195.8 องศา C จุดเดือดของออกซิเจนคือ -183.0 องศา C และจุดเดือดของสัญญาณคือ {{6 }}.7 องศา C ด้วยความแตกต่างของจุดเดือดเหล่านี้ ก๊าซต่างๆ ในอากาศจึงสามารถแยกออกได้ด้วยเทคโนโลยีการแยกอากาศแบบไครโอเจนิก

ขั้นตอนหลักในการผลิตออกซิเจนเหลว

1. เครื่องอัดอากาศ

ขั้นแรก อากาศจากบรรยากาศจะถูกสูดเข้าไปในคอมเพรสเซอร์ หลังจากการบีบอัดหลายระดับ ความดันเพิ่มขึ้นเป็น 2-10 mPa กระบวนการอัดจะทำให้อุณหภูมิของอากาศเพิ่มขึ้น ดังนั้นอากาศจึงต้องทำให้อากาศเย็นลงจนถึงอุณหภูมิปกติด้วยเครื่องทำความเย็น เพื่อลดพลังงานที่ต้องใช้ในการทำความเย็นครั้งต่อไป

2. ฟอกอากาศ

อากาศอัดมีสิ่งเจือปน เช่น ความชื้น คาร์บอนไดออกไซด์ และไฮโดรคาร์บอน สิ่งเจือปนเหล่านี้จะแข็งตัวที่อุณหภูมิต่ำเพื่อปิดกั้นท่อและส่งผลต่อการแยกตัว ดังนั้นสิ่งเจือปนเหล่านี้จึงต้องถูกกำจัดออกผ่านระบบฟอกอากาศ

3. อากาศเย็นล่วงหน้า

อากาศบริสุทธิ์จะต้องมีการระบายความร้อนเพิ่มเติมเพื่อลดภาระความร้อนที่เข้าสู่การแลกเปลี่ยนความร้อนหลัก การทำความเย็นล่วงหน้ามักจะเสร็จสิ้นโดยชุดเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนเหล่านี้ใช้ก๊าซเหลว (เช่น ไนโตรเจนเหลว) เป็นตัวกลางในการทำความเย็นเพื่อทำให้อากาศเย็นลงจนใกล้เคียงกับอุณหภูมิที่เป็นของเหลว

4. การระบายความร้อนด้วยการแลกเปลี่ยนความร้อนหลัก

หลังจากอากาศเย็นก่อน อากาศจะเข้าสู่ตัวแลกเปลี่ยนความร้อนหลัก และความร้อนจะแลกเปลี่ยนความร้อนกับก๊าซที่ไหลผ่านอากาศที่ส่งคืนจากด้านบนของหอกลั่นเพื่อลดอุณหภูมิลงอีก การออกแบบอุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อนหลักมีความสำคัญอย่างยิ่ง และจำเป็นต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่าอากาศมีอุณหภูมิเพียงพอก่อนเข้าสู่หอกลั่น

5. การทำให้อากาศเป็นของเหลว

อุณหภูมิอากาศหลังจากการระบายความร้อนของตัวแลกเปลี่ยนความร้อนหลักลดลงเหลือประมาณ -170 องศา C และอากาศเริ่มกลายเป็นของเหลวบางส่วนในเวลานี้ เพื่อลดอุณหภูมิลงอีก โดยปกติจะใช้กลไกการขยายตัว เครื่องขยายจะทำให้อากาศเย็นลงอีกจนต่ำกว่า -190 องศา C ผ่านกระบวนการขยายความร้อน เพื่อให้อากาศกลายเป็นของเหลวอย่างสมบูรณ์

6. การแยกทาง

อากาศเหลวจะเข้าสู่หอกลั่นและแยกตามจุดเดือดที่แตกต่างกันของแต่ละส่วนประกอบ หอกลั่นแบ่งออกเป็นสองส่วน: หอบนและหอล่าง:

หอคอยชั้นล่าง: อากาศเหลวจะเข้าสู่หอคอยด้านล่างก่อน โดยการระเหยและการควบแน่น ไนโตรเจนและออกซิเจนจะถูกแยกออกจากกัน ก๊าซที่อุดมด้วยไนโตรเจนจะถูกสร้างขึ้นที่ด้านบนของหอคอยชั้นล่าง และของเหลวที่อุดมด้วยออกซิเจนจะถูกสร้างขึ้นที่ด้านล่าง

หอคอยด้านบน: ของเหลวที่อุดมด้วยออกซิเจนซึ่งสร้างขึ้นโดยหอคอยด้านล่างจะเข้าสู่หอคอยด้านบน และแยกออกซิเจนเหลวที่มีความบริสุทธิ์สูงออกไปอีก ด้านบนของหอคอยสร้างไนโตรเจนที่มีความบริสุทธิ์สูงและด้านล่างได้รับออกซิเจนเหลวที่มีความบริสุทธิ์สูง

7.สารสกัดผลิตภัณฑ์

ออกซิเจนเหลวที่สกัดจากด้านล่างของหอสเปิร์มจะได้รับการบำบัดเพิ่มเติม เช่น การกรอง การลดความชื้น ฯลฯ เพื่อให้มั่นใจในคุณภาพของผลิตภัณฑ์ ออกซิเจนเหลวสามารถเก็บไว้ในที่เก็บที่อุณหภูมิต่ำ และขนส่งไปยังผู้ใช้ผ่านระบบปั๊ม

การประยุกต์ใช้ข้อดีของเทคโนโลยีการแยกอากาศแบบไครโอเจนิก

เทคโนโลยีการแยกอากาศแบบไครโอเจนิกถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในสาขาเคมี โลหะวิทยา การแพทย์ การบินและอวกาศ และสาขาอื่นๆ ในอุตสาหกรรมเคมี ออกซิเจนเหลวเป็นสารออกซิแดนท์ที่สำคัญซึ่งใช้ในการสังเคราะห์การผลิตสารเคมี เช่น แอมโมเนียและเมทานอล ในอุตสาหกรรมโลหะวิทยา ออกซิเจนเหลวถูกนำมาใช้ในการถลุงเหล็ก ซึ่งช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพการเผาไหม้และคุณภาพของผลิตภัณฑ์ ในวงการแพทย์ ออกซิเจนเหลวใช้สำหรับการรักษาระบบทางเดินหายใจและการปฐมพยาบาล ในด้านการบินและอวกาศ ออกซิเจนเหลวเป็นใบพัดจรวด มีลักษณะเฉพาะของประสิทธิภาพการใช้พลังงานสูงและการปกป้องสิ่งแวดล้อม

การผลิตออกซิเจนเหลวโดยการแยกอากาศด้วยความเย็นจัดเป็นวิธีการแยกอากาศที่มีประสิทธิภาพและเชื่อถือได้ ด้วยกระบวนการทำความเย็นและการกลั่นหลายขั้นตอน จึงสามารถผลิตออกซิเจนเหลวที่มีความบริสุทธิ์สูงได้ เทคโนโลยีนี้มีแนวโน้มการใช้งานที่กว้างขวางในหลายสาขา และทิศทางการพัฒนาในอนาคตจะให้ความสำคัญกับประสิทธิภาพการใช้พลังงาน การย่อขนาด ความฉลาด และการปกป้องสิ่งแวดล้อมมากขึ้น ด้วยนวัตกรรมทางเทคโนโลยีและการเพิ่มประสิทธิภาพอย่างต่อเนื่อง เทคโนโลยีการแยกอากาศแบบแช่แข็งจะมีบทบาทมากขึ้นในการผลิตทางอุตสาหกรรมและการปกป้องสิ่งแวดล้อม