ผังกระบวนการของหน่วยแยกอากาศ

การไหลของกระบวนการของหน่วยแยกอากาศส่วนใหญ่ประกอบด้วยขั้นตอนสำคัญหลายขั้นตอน ได้แก่ การอัดอากาศ การฟอกอากาศ การแลกเปลี่ยนความร้อน และการแก้ไข

ขั้นตอนแรกคือการอัดอากาศ อากาศเข้าสู่เครื่องอัดอากาศผ่านตัวกรองอากาศ คอมเพรสเซอร์ทำหน้าที่เหมือนปั๊มเชิงกลที่ทรงพลัง เพิ่มความกดอากาศได้อย่างมาก นี่เป็นสิ่งสำคัญเนื่องจากกระบวนการแยกสารที่ตามมาจะทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพมากที่สุดภายใต้สภาวะความดันเฉพาะ ความดันของอากาศอัดสามารถไปถึงระดับต่างๆ ได้ตั้งแต่หลายสิบถึงหลายสิบบรรยากาศ

อากาศอัดนำพาความร้อนจำนวนมาก ทำให้ต้องเข้าสู่ขั้นตอนการฟอกอากาศ วัตถุประสงค์หลักของการฟอกอากาศคือเพื่อขจัดสิ่งสกปรก-เช่น ความชื้น คาร์บอนไดออกไซด์ และฝุ่น- ออกจากอากาศอัด หากไม่กำจัดสิ่งเจือปนเหล่านี้ออกไป อาจเกิดการแข็งตัวหรืออุดตันท่อภายในอุปกรณ์ดาวน์สตรีม ซึ่งจะทำให้การทำงานปกติหยุดชะงัก วิธีการทำให้บริสุทธิ์ทั่วไป ได้แก่ การดูดซับตะแกรงโมเลกุลและการแยกความเย็น ตะแกรงโมเลกุลทำหน้าที่เหมือน "ฟองน้ำดูดซับพิเศษ- ซึ่งดูดซับความชื้นและคาร์บอนไดออกไซด์ได้อย่างแน่นหนา ในทางกลับกัน การแยกความเย็นใช้ประโยชน์จากจุดทำให้กลายเป็นของเหลวที่แตกต่างกันของก๊าซต่างๆ ที่อุณหภูมิต่ำ ทำให้สิ่งเจือปนจำเพาะกลายเป็นของเหลวและแยกออกก่อน

อากาศบริสุทธิ์จะไหลเข้าสู่ตัวแลกเปลี่ยนความร้อนหลัก ที่นี่จะผ่านกระบวนการแลกเปลี่ยนความร้อนกับก๊าซแช่แข็งที่ออกจากคอลัมน์เรียงกระแส อากาศร้อนถ่ายเทพลังงานความร้อนไปยังก๊าซเย็น ส่งผลให้อุณหภูมิของตัวเองลดลง ในขณะที่ก๊าซเย็นดูดซับความร้อนนี้และทำให้อุณหภูมิสูงขึ้น กระบวนการนี้สามารถเปรียบได้กับคู่รักสองคนแบ่งปันความอบอุ่น ซึ่งช่วยเหลือซึ่งกันและกันให้มีอุณหภูมิที่เหมาะสมยิ่งขึ้น หลังจากการแลกเปลี่ยนความร้อน อุณหภูมิของอากาศจะลดลงอย่างมาก ทำให้ใกล้กับจุดเกิดปฏิกิริยาเหลว

 

ถัดไป อากาศเย็นจะเข้าสู่คอลัมน์เรียงกระแส คอลัมน์เรียงกระแสทำหน้าที่เป็นองค์ประกอบการแยกหลักของหน่วยแยกอากาศทั้งหมด มันทำหน้าที่เหมือนกับหอคอยวิเศษ ซึ่งสามารถแยกองค์ประกอบต่างๆ เช่น ออกซิเจนและไนโตรเจน ออกจากกระแสอากาศที่เข้ามา ภายในคอลัมน์ การแยกทำได้โดยการใช้ประโยชน์จากจุดเดือดระหว่างออกซิเจนและไนโตรเจน เนื่องจากไนโตรเจนมีจุดเดือดต่ำกว่าออกซิเจน ไนโตรเจนจึงเพิ่มขึ้นภายในคอลัมน์ในขณะที่ออกซิเจนลดลง ไนโตรเจนที่เพิ่มขึ้นต้องผ่านการแก้ไขและการควบแน่นหลายขั้นตอน โดยค่อยๆ เพิ่มความบริสุทธิ์จนกระทั่งกลายเป็นไนโตรเจนในผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย ในทำนองเดียวกัน ออกซิเจนจากมากไปน้อยต้องผ่านกระบวนการคู่ขนานจนกลายเป็นออกซิเจนในผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย ในขณะเดียวกัน อาร์กอนจำนวนหนึ่งจะถูกสร้างขึ้นในระหว่างกระบวนการแก้ไข สิ่งนี้ถูกดึงออกมาผ่านทางพอร์ตดึงด้านอาร์กอนโดยเฉพาะ- และต่อมาถูกแยกและการทำให้บริสุทธิ์เพิ่มเติมเพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์อาร์กอนขั้นสุดท้าย

ก๊าซไครโอเจนิกที่ออกจากคอลัมน์เรียงกระแส ส่วนหนึ่งจะไหลไปยังตัวแลกเปลี่ยนความร้อนหลักเพื่ออำนวยความสะดวกในการแลกเปลี่ยนความร้อน ในขณะที่อีกส่วนหนึ่งทำหน้าที่เป็นแหล่งไครโอเจนิกเพื่อระบายความร้อนให้กับอุปกรณ์อื่นๆ -เช่น อินเตอร์คูลเลอร์ของเครื่องอัดอากาศ- ก่อนที่จะกลับไปที่คอลัมน์เรียงกระแสเพื่อกลับเข้าร่วมกระบวนการแยก ซึ่งจะทำให้วงจรต่อเนื่องเสร็จสมบูรณ์