هوایی که تنفس میکنیم فقط از اکسیژن تشکیل نشده است. بخش عمده هوای اطراف ما نیتروژن است و در کنار آن اکسیژن، آرگون و مقادیر بسیار کمی از گازهای دیگر نیز وجود دارند. هرکدام از این گازها در صنایع مختلف کاربرد مستقلی دارند؛ از نیتروژن مورد استفاده در صنایع غذایی و شیمیایی گرفته تا اکسیژن مورد نیاز صنایع فلزی و مراکز درمانی و آرگون مورد استفاده در جوشکاری و متالورژی.
اما چگونه میتوان اجزایی را که در حالت عادی کاملاً با یکدیگر مخلوط هستند از هم جدا کرد؟ برای جداسازی اجزای هوا روشهای مختلفی وجود دارد و انتخاب روش مناسب به نوع گاز مورد نیاز، خلوص، حجم مصرف و شرایط واحد صنعتی بستگی دارد.
اجزای اصلی هوا چیست؟
هوای خشک بهطور تقریبی از حدود ۷۸ درصد نیتروژن، ۲۱ درصد اکسیژن و نزدیک به یک درصد آرگون تشکیل شده است. گازهایی مانند دیاکسید کربن، نئون، هلیوم، کریپتون و زنون نیز در مقادیر بسیار کمتری در جو وجود دارند.
در بسیاری از کاربردهای صنعتی، استفاده مستقیم از هوای معمولی امکانپذیر نیست. برای مثال یک فرآیند ممکن است به نیتروژن با خلوص بالا و فرآیند دیگری به اکسیژن یا آرگون نیاز داشته باشد. به همین دلیل واحدهای جداسازی هوا یا ASU برای تفکیک این اجزا به کار گرفته میشوند.
روشهای اصلی جداسازی اجزای هوا
سه روش مهم برای جداسازی گازهای موجود در هوا عبارتاند از:
|
روش جداسازی
|
کاربرد اصلی
|
ویژگی مهم
|
|
جداسازی کرایوژنیک
|
تولید اکسیژن، نیتروژن و آرگون در مقیاس بالا
|
دستیابی به خلوص بالا
|
|
جذب نوسانی فشار یا PSA
|
تولید اکسیژن یا نیتروژن در محل مصرف
|
راهاندازی نسبتاً ساده
|
|
جداسازی غشایی
|
تولید نیتروژن و برخی کاربردهای صنعتی
|
تجهیزات جمعوجورتر
|
هیچکدام از این روشها برای تمام کاربردها بهترین گزینه نیستند. میزان مصرف، خلوص مورد انتظار و پیوسته یا مقطعی بودن نیاز کارخانه در انتخاب فناوری نقش تعیینکننده دارد.
جداسازی هوا به روش کرایوژنیک چگونه انجام میشود؟
یکی از مهمترین روشهای صنعتی برای تولید گازهای هوا، کاهش شدید دمای هوا و جداسازی اجزا براساس تفاوت در نقطه جوش آنهاست.
در جداسازی هوا به روش کرایوژنیک ابتدا هوای محیط وارد سیستم شده و ذرات، رطوبت و برخی ناخالصیهای آن حذف میشوند. سپس هوا فشرده و تا دماهای بسیار پایین سرد میشود. در این شرایط هوا به حالت مایع نزدیک شده یا مایع میشود و امکان جداسازی اجزای مختلف آن از طریق تقطیر جزءبهجزء فراهم خواهد شد.
نیتروژن، اکسیژن و آرگون نقاط جوش متفاوتی دارند. همین اختلاف باعث میشود بتوان آنها را در برجهای تقطیر از یکدیگر جدا کرد.
این روش بیشتر در واحدهایی کاربرد دارد که حجم بالایی از گاز با خلوص مناسب نیاز دارند. امکان تولید گازها به شکل مایع نیز یکی از مزیتهای مهم فناوری کرایوژنیک است.
مراحل جداسازی کرایوژنیک هوا
فرآیند دقیق یک واحد ASU میتواند براساس ظرفیت و طراحی تجهیزات متفاوت باشد، اما مسیر کلی معمولاً شامل چند مرحله است.
تصفیه اولیه هوا
هوای ورودی ممکن است دارای گردوغبار، رطوبت، دیاکسید کربن و سایر ناخالصیها باشد. وجود این مواد در دماهای بسیار پایین میتواند عملکرد تجهیزات را مختل کند. بنابراین هوا پیش از ورود به بخش سرد واحد تصفیه میشود.
فشردهسازی
پس از تصفیه اولیه، هوا توسط کمپرسور متراکم میشود. کنترل فشار در این مرحله برای عملکرد مراحل بعدی اهمیت زیادی دارد.
سرمایش هوا
هوای فشردهشده از مبدلهای حرارتی عبور میکند تا دمای آن بهشدت کاهش پیدا کند. بخش سرد این نوع واحدها معمولاً در مجموعهای عایقشده قرار دارد که اصطلاحاً Cold Box نامیده میشود.
تقطیر جزءبهجزء
پس از رسیدن هوا به شرایط برودتی، جداسازی براساس اختلاف نقطه جوش اجزا انجام میشود. در برج تقطیر، نیتروژن که فراریت بیشتری دارد از بخشهای بالاتر و اکسیژن از بخشهای پایینتر بازیابی میشود. برای جداسازی آرگون نیز میتوان از مراحل و تجهیزات تکمیلی استفاده کرد.
روش PSA برای جداسازی هوا چیست؟
در همه کارخانهها استفاده از واحد بزرگ کرایوژنیک اقتصادی نیست. یکی از گزینههای جایگزین، فناوری Pressure Swing Adsorption یا PSA است.
در این روش از مواد جاذب برای جداسازی انتخابی برخی مولکولها استفاده میشود. با تغییر فشار، چرخه جذب و آزادسازی گاز انجام شده و جریان غنی از اکسیژن یا نیتروژن به دست میآید.
PSA بیشتر برای تولید گاز در محل مصرف و ظرفیتهایی که نیاز به احداث واحد بزرگ جداسازی ندارند مورد توجه قرار میگیرد.
جداسازی هوا با غشا
در سیستمهای غشایی، هوای فشرده از غشاهایی عبور داده میشود که سرعت عبور مولکولهای مختلف از آنها متفاوت است. با استفاده از همین اختلاف میتوان جریانهایی با ترکیب متفاوت ایجاد کرد.
سیستمهای غشایی معمولاً ساختمان سادهتر و ابعاد کوچکتری نسبت به واحدهای بزرگ کرایوژنیک دارند، اما خلوص محصول و ظرفیت مورد نیاز باید پیش از انتخاب این روش بررسی شود.
بهخصوص برای تولید نیتروژن در برخی کاربردهای صنعتی، فناوری غشایی میتواند گزینه مناسبی باشد.
کدام روش جداسازی هوا مناسبتر است؟
انتخاب فناوری باید براساس نیاز واقعی مصرفکننده انجام شود. برای یک کارخانه بزرگ فولاد با مصرف پیوسته اکسیژن، معیارهای تصمیمگیری با یک مجموعه کوچک که تنها به نیتروژن نیاز دارد متفاوت است.
پیش از انتخاب روش بهتر است موارد زیر مشخص شوند:
- نوع گاز مورد نیاز
- درصد خلوص مورد انتظار
- میزان مصرف ساعتی و روزانه
- پیوسته یا مقطعی بودن مصرف
- امکان ذخیرهسازی گاز یا مایع
- فضای موجود برای تجهیزات
- هزینه سرمایهگذاری و بهرهبرداری
- نیاز به مخازن، ویپرایزر و تجهیزات انتقال
گاهی احداث واحد تولید در محل مصرف بهترین انتخاب است و در شرایط دیگر، تامین گاز بهصورت مایع یا فشرده هزینه و پیچیدگی کمتری خواهد داشت.
پس از جداسازی هوا چه اتفاقی برای گازها میافتد؟
جداسازی پایان مسیر نیست. اکسیژن، نیتروژن و آرگون تولیدشده باید متناسب با شرایط مصرف ذخیره و منتقل شوند. محصول میتواند بهصورت گاز فشرده در سیلندر یا به شکل مایع در مخازن کرایوژنیک نگهداری شود.
برای مصرفکنندگان با حجم بالا، زیرساختهایی مانند مخزن کرایوژنیک، ویپرایزر، پمپ، تجهیزات کنترل فشار و خطوط انتقال اهمیت زیادی پیدا میکنند. به همین دلیل انتخاب تامینکننده تنها به قیمت گاز محدود نمیشود و توانایی مجموعه در تامین تجهیزات و پشتیبانی فنی نیز باید بررسی شود.
در بازار گازهای صنعتی ایران نیز مجموعههایی مانند پارس هوای البرز در زمینه تامین گازهای صنعتی، مایعات کرایوژنیک و تجهیزات مرتبط فعالیت دارند و میتوانند بخشی از زنجیره تامین واحدهای صنعتی را پوشش دهند.
:: برچسبها:
روش جداسازی اجزای هوا ,
:: بازدید از این مطلب : 13
|
امتیاز مطلب : 0
|
تعداد امتیازدهندگان : 0
|
مجموع امتیاز : 0
عضو شوید
عضویت سریع
آمار مطالب
آمار بازدید
