101 Panduan Proses untuk Pemisahan Udara Kriogenik

Dalam operasi skala menengah hingga besar, teknologi pemisahan udara kriogenik sering digunakan untuk menghasilkan nitrogen, oksigen, dan argon sebagai keluaran gas dan/atau cairan.

Untuk pembuatan oksigen dan nitrogen ultra-murni, pemisahan udara kriogenik adalah metode yang direkomendasikan. Untuk fasilitas tingkat manufaktur tinggi, ini adalah teknik yang paling ekonomis. Teknologi kriogenik digunakan di semua operasi yang menghasilkan komoditas gas industri cair.

Jumlah keluaran gas dan cairan yang akan dihasilkan, kemurnian produk yang dibutuhkan, dan tekanan pengiriman yang dibutuhkan semuanya mempengaruhi kerumitan proses. pemisahan udara kriogenik prosedur, serta ukuran fisik roda gigi dan energi yang dibutuhkan untuk menjalankannya.

Artikel ini berisi panduan proses untuk pemisahan udara kriogenik. Mari kita Dapatkan untuk itu!

Apa itu Pemisahan dan Penyulingan Udara Kriogenik?

Teknik pemisahan Nitrogen dan Oksigen dari udara dikenal sebagai distilasi kriogenik. Argon juga terisolasi dalam beberapa keadaan. Istilah "kriogenik" mengacu pada suhu dingin, sedangkan "distilasi" mengacu pada pemisahan elemen dari kombinasi menggunakan titik didih elemen. Akibatnya, konstituen dengan titik didih yang sangat rendah diekstraksi secara istimewa pada suhu rendah dalam distilasi kriogenik. Proses ini menghasilkan zat kemurnian tinggi, tetapi juga sangat intensif energi.

Kotak dingin adalah wadah berinsulasi besar yang menampung pilar distilasi dan penukar panas yang bekerja pada suhu yang sangat rendah. Efek Joule Thomson, juga dikenal sebagai efek pelambatan, digunakan dalam putaran pendinginan. Gas melewati gerbang berinsulasi atau sumbat permeabel berinsulasi sepanjang pelambatan, dan suhu gas berubah saat tekanan berganti.

Bahan yang Anda butuhkan

Udara ambien dapat terdiri dari hingga 5% kelembaban berdasarkan konten dan berbagai gas lainnya (biasanya dalam tingkat jejak) yang harus dihilangkan di satu atau lebih lokasi di pemisahan dan keluaran udara pengaturan pemurnian.

Langkah dan Proses pemisahan udara kriogenik

Distilasi Kriogenik Udara: Tahapan

1. Pra-perawatan, kompresi, dan pendinginan udara masuk.
2. Menghilangkan Karbon Dioksida.
3. Konduksi panas untuk menurunkan suhu umpan udara ke tingkat kriogenik.
4. Distilasi udara.
5. Pendinginan

1. Pretreating, Kompresi, dan Pendinginan Udara Masuk

Berdasarkan campuran produk yang direncanakan dan kekuatan produk yang dapat diterima, udara dibatasi antara 5 dan 8 bar (sekitar 75 hingga 115 psig) di sebagian besar keadaan. Setelah tahap kompresi terakhir, udara yang menyempit didinginkan, dan sebagian besar uap dalam aliran udara dikondensasikan dan dihilangkan, saat udara melewati pendingin interfase dan aftercooler secara berurutan.

Karena suhu saluran pendingin yang dapat diperoleh (yang hampir selalu dibatasi oleh suhu bola lembab atau kering dari udara sekitar) menentukan suhu terakhir udara yang meninggalkan struktur kompresi, suhu udara tekan sering jauh di atas suhu ideal. suhu untuk efektivitas maksimum pertunjukan unit hilir. Akibatnya, sistem pendingin mekanis sering digunakan untuk mendinginkan udara secara signifikan.

2. Menghilangkan Karbon Dioksida dan Kotoran Lainnya

Untuk mencapai kriteria kualitas produk, elemen tertentu dari aliran udara yang masuk harus dihilangkan. Uap air dan karbon dioksida harus dihilangkan dari udara sebelum memasuki bagian distilasi kriogenik dari pabrik karena mereka akan memadat dan terakumulasi di bagian luar peralatan prosedur pada suhu yang sangat rendah.

Ayakan molekuler unit dan penukar pembalik adalah dua metode yang paling sering digunakan untuk menghilangkan uap dan karbon dioksida.

• Unit pra-pemurnian saringan molekuler digunakan di hampir semua fasilitas pemutusan udara baru untuk mengekstrak karbon dioksida dan air dari aliran udara dengan mengadsorbsi partikel-partikel ini ke bagian luar zat saringan molekuler pada suhu mendekati-ambien. Polutan lain, seperti hidrokarbon, yang mungkin ditemui di lingkungan industri dapat dengan mudah dihilangkan dengan menyesuaikan komposisi: zat penyerap dalam sistem ini. Zat adsorben biasanya disimpan dalam dua wadah yang identik, salah satunya digunakan untuk memurnikan udara yang masuk dan yang lainnya diregenerasi dengan gas buang bersih. Pada periode reguler, dua lembar beralih layanan. Ketika rasio ekstraksi nitrogen yang tinggi dicari, pra-pemurnian saringan molekuler adalah pilihan yang jelas.
• Pilihan lainnya adalah menghilangkan air dan CO2 menggunakan penukar panas "pembalikan". Sementara penukar terbalik sering dianggap sebagai teknologi "kuno", mereka mungkin lebih hemat biaya untuk pabrik nitrogen atau oksigen dengan tingkat produksi yang lebih rendah. Pasokan udara terkompresi didinginkan dalam dua pasang penukar panas aluminium brazing di pabrik yang menggunakan penukar panas terbalik.

Udara yang datang didinginkan dalam perpindahan panas "ujung hangat" ke suhu yang cukup rendah untuk uap air dan karbon dioksida untuk memadat di permukaan penukar panas. Sistem katup mengganti tugas saluran udara dan gas buang secara berkala. Setelah transisi, gas limbah yang sangat kering dan dipanaskan secara berbeda menguapkan air dan menyublimkan es karbon dioksida yang terbentuk selama interval pendinginan udara. Gas-gas ini dilepaskan kembali ke atmosfer, dan penukar panas pembalik disiapkan untuk pembalikan tugas transit lainnya setelah sepenuhnya dihilangkan.

Sistem penyerapan dingin digunakan ketika penukar panas terbalik digunakan untuk menghilangkan hidrokarbon yang masuk ke unit distilasi. (Di Unit Pra-Pemurnian, polutan hidrokarbon dihilangkan bersama dengan uap air dan karbon dioksida ketika "ujung depan" saringan molekuler digunakan.).

3. Konduksi Panas untuk Menurunkan Suhu Umpan Udara ke Tingkat Kriogenik

Panas dipertukarkan antara umpan udara masuk dan keluaran dingin dan aliran gas buang meninggalkan prosedur distilasi kriogenik dalam penukar panas aluminium brazing. Saluran gas keluar dipanaskan kembali ke suhu yang mendekati suhu udara sekitar. Kuantitas pendinginan yang perlu dihasilkan oleh fasilitas dikurangi dengan memulihkan pendinginan dari saluran produk gas dan aliran limbah.

Teknik pendinginan yang menggabungkan pertumbuhan satu atau lebih aliran langkah tekanan yang ditingkatkan menghasilkan suhu yang sangat dingin yang diperlukan untuk distilasi kriogenik.

4. Distilasi Udara

Dua pilar distilasi digunakan secara berurutan untuk menghasilkan oksigen sebagai produk sampingan dalam sistem distilasi. Pilar tegangan "tinggi" dan "rendah" (atau, secara bergantian, pilar "bawah" dan "atas") adalah istilah yang paling umum digunakan. Fasilitas nitrogen dapat memiliki satu atau dua kolom, tergantung pada kemurniannya. Setiap pilar distilasi memungkinkan nitrogen keluar di bagian atas dan oksigen keluar di bagian bawah. Ketika oksigen yang terkontaminasi yang diproduksi di pilar pertama (tekanan lebih tinggi) adalah produk yang diinginkan, itu disempurnakan lebih lanjut di pilar kedua, tekanan lebih rendah. Jika nitrogen ultra-murni dicari, pilar atas atau tekanan rendah digunakan untuk menghilangkan hampir semua oksigen yang tidak dihilangkan selama fase pertama distilasi.

Argon memiliki titik didih yang sebanding dengan oksigen, oleh karena itu jika hanya oksigen dan nitrogen yang dibutuhkan sebagai produk sampingan, lebih disukai akan tetap dengan keluaran oksigen. Dalam sistem dua pilar konvensional, ini membatasi kemurnian oksigen hingga sekitar 97 persen. Jika oksigen dengan kemurnian rendah diizinkan (misalnya, untuk peningkatan pembakaran), kemurnian oksigen dapat dikurangi hingga 95%. Namun, Argon harus dihilangkan dari unit distilasi jika diinginkan oksigen dengan kemurnian tinggi.

Ketika argon diperlukan, itu dihilangkan pada posisi di aliran tekanan rendah di mana konsentrasi argon maksimum. Argon yang diekstraksi diolah dalam menara distilasi argon mentah “tarik samping” yang digabungkan dengan pilar tekanan rendah. Aliran argon yang terkontaminasi dapat dibuang, diolah di tempat untuk menghilangkan oksigen dan nitrogen untuk menghasilkan argon "murni", atau disimpan sebagai cairan dan dikirim ke "penyulingan argon" yang jauh. Opsi ini sebagian besar ditentukan oleh jumlah argon yang dapat diakses dan analisis biaya-manfaat dari opsi yang berbeda. Sebagai pedoman dasar, pemurnian argon paling hemat biaya ketika setidaknya 100 ton oksigen dihasilkan setiap hari.

Teknik multi-langkah digunakan untuk memproduksi argon murni dari argon mentah. Metode konvensional melibatkan penggunaan komponen “de-okso” untuk menghilangkan 2 – 3% oksigen yang ada dalam argon mentah. Ini adalah prosedur multi-langkah kecil yang secara kimiawi menggabungkan oksigen dengan hidrogen dalam wadah yang mengandung katalis dan kemudian menghilangkan air berikutnya (setelah pendinginan) dalam pengering saringan molekuler. Aliran argon bebas oksigen selanjutnya disuling untuk menghilangkan sisa nitrogen dan hidrogen yang tidak larut dalam unit distilasi “argon murni”.

Opsi pembuatan argon kedua telah muncul sebagai hasil kemajuan dalam teknologi distilasi kolom-kemas: pemulihan argon sepenuhnya kriogenik, yang menggunakan kolom distilasi yang sangat tinggi (tetapi berdiameter kecil) untuk mencapai pelepasan argon/oksigen yang sulit. Variasi yang relatif sederhana dalam titik didih antara oksigen dan argon memerlukan beberapa tahap distilasi untuk argon.

Kuantitas oksigen yang diolah dalam sistem distilasi, serta berbagai variabel lain yang mempengaruhi laju pemulihan, membatasi volume argon yang dapat dikeluarkan oleh fasilitas. Faktor-faktor ini termasuk volume oksigen cair yang dihasilkan dan konsistensi parameter operasi fasilitas. Generasi argon tidak dapat melebihi 4.4 persen dari laju umpan oksigen (berdasarkan volume) atau 5.5 persen berat karena proporsi gas yang ada secara alami di udara.

Penukar panas ujung depan digunakan untuk mengarahkan produk gas dingin dan aliran limbah yang berasal dari menara pemisah udara. Mereka mendinginkan udara yang masuk saat mereka memanas hingga mendekati suhu sekitar. Seperti disebutkan di atas, perpindahan panas antara aliran input dan produk mengurangi beban pendinginan bersih fasilitas dan, sebagai hasilnya, pemanfaatan energi.

5. Pendinginan

Untuk memperhitungkan kebocoran panas ke peralatan dingin dan pertukaran panas yang buruk antara aliran gas yang masuk dan keluar, pendinginan diproduksi pada suhu kriogenik.

Siklus pendinginan yang digunakan dalam fasilitas pemisahan udara kriogenik identik dengan yang diterapkan di sistem pendingin udara rumah dan otomotif secara teori. Berdasarkan jenis pembangkit, satu atau lebih aliran bertekanan tinggi (nitrogen, gas buang, gas umpan, atau gas keluaran) diturunkan tekanannya, mendinginkan aliran. Penurunan tekanan (atau ekspansi) terjadi di dalam expander untuk meningkatkan pendinginan dan efektivitas energi industri. 

Suhu aliran gas berkurang lebih banyak ketika energi dikeluarkan darinya selama pertumbuhan daripada ketika hanya diperluas melalui katup. Energi expander dapat digunakan untuk menyalakan kondensor prosedur, generator listrik, atau perangkat lain yang haus energi seperti pompa minyak atau blower udara.

Keluaran gas dari pabrik oksigen kriogenik/sistem pemisahan udara biasanya meninggalkan kotak dingin (wadah berinsulasi yang berisi bagian distilasi dan mesin lain yang berfungsi pada suhu yang sangat rendah) pada suhu yang mendekati atmosfer, tetapi pada tekanan yang dikurangi; seringkali tepat di atas satu suasana (mutlak). Itu prosedur pemisahan dan pemurnian lebih efisien secara umum ketika tekanan pengiriman berkurang.

Meskipun tekanan yang lebih rendah mendorong permintaan daya pemisahan yang lebih rendah, jika output harus disuplai pada tekanan yang lebih besar, kompresor produk atau salah satu dari beberapa alternatif siklus untuk memberi makan nitrogen atau oksigen pada tekanan distribusi yang lebih tinggi langsung dari kotak dingin akan diperlukan. Teknik tekanan pengiriman yang lebih tinggi ini dapat lebih hemat biaya daripada pemisahan yang disertai dengan kompresi karena tidak memerlukan kompresor produk atau listriknya.

Kiat Efektif dan Keamanan

Sebelum memulai konstruksi dan desain pada sistem atau proses kriogenik apa pun, lakukan analisis bahaya formal. Tentukan risiko dan bagaimana Anda akan mengatasinya. Ajukan skenario "bagaimana jika". Harap diingat bahwa mesin dapat gagal, cairan kriogenik dapat berubah menjadi gas dengan cepat, katup dapat bocor atau tidak ditangani dengan benar, dan penyedot debu dapat mengalami kegagalan fungsi. Terlepas dari ukuran atau kerumitan sistem kriogenik, penilaian ini harus dilakukan.

Sejak awal, sertakan keselamatan dalam peralatan dan prosedur Anda. Memasukkan elemen keselamatan pada akhir fase desain dapat memakan biaya dan waktu yang lama, dan kemungkinan bahaya akan diabaikan. Perlu dicatat bahwa selalu lebih baik untuk menghilangkan bahaya melalui desain teknik daripada memperbaikinya.

Bahkan spesialis dapat melewatkan sesuatu atau membuat kesalahan. Sangat penting untuk menilai keamanan sistem kriogenik Anda oleh orang lain, apakah mereka rekan kerja lain, pakar eksternal, atau badan peninjau formal, untuk meningkatkan peluang sistem yang aman.

Selalu nilai kemungkinan Bahaya Kekurangan Oksigen ketika berhadapan dengan cairan kriogenik atau gas inert, terlepas dari seberapa sedikit jumlahnya. Baik menetapkan bahwa bahaya seperti itu tidak ada melalui penilaian, atau menerapkan perbaikan atau mitigasi desain yang relevan untuk menghilangkan atau mengurangi bahaya. Karena volume besar gas yang dihasilkan bahkan oleh volume kecil cairan kriogenik dan kemungkinan bahwa, pada tingkat oksigen yang cukup rendah, gejala fisiologis pertama dapat berupa ketidaksadaran yang cepat, disertai dengan koma dan kematian, kesulitan ODH sangat serius.

Pada suhu kriogenik, hanya gunakan zat yang telah terbukti bekerja pada suhu tersebut. Ingatlah bahwa zat yang seharusnya berfungsi pada suhu sekitar (seperti dinding luar wadah vakum) dapat mencapai suhu kriogenik dalam mekanisme kegagalan tertentu selama penilaian bahaya.

Pastikan bahwa setiap orang yang beroperasi dengan atau di sekitar peralatan kriogenik, bahkan pengguna biasa atau sesekali, telah menerima pelatihan keselamatan kriogenik dan Bahaya Defisiensi Oksigen tingkat yang dipersyaratkan.

Selalu kenakan alat pelindung diri yang sesuai dan patuhi proses operasi yang ditetapkan. Mengambil jalan pintas sering mengakibatkan kecelakaan.

Garis bawah

Dalam proses pemisahan udara kriogenik, bahan pengering adalah suatu keharusan. Anda perlu bekerja dengan pabrik manufaktur yang dapat menawarkan produk berkualitas tinggi. Hubungi Kami dan kami akan dengan senang hati menawarkan layanan kami kepada Anda.