що при очищенні технічного кисню від висококиплячих домішки метану в колоні I збільшення флегмового числа? приводить до зменшення числа теоретичних тарілок. При цьому якщо число тарілок n в вичерпної секції змінюється мало, то в зміцнювальної секції колони в діапазоні? =0,61 ... 1,14 воно спочатку різко змінюється від 24 до 11, після чого суттєвого зменшення не відбувається.
При очищенні технічного кисню від низкокипящей домішки аргону в зміцнювальної секції відзначається незначне вплив флегмового числа? на число тарілок n, в той час як в вичерпної секції із зростанням? спочатку спостерігається різке зменшення n, а потім при? gt; 100 необхідне число тарілок змінюється мало (рис. 10).
З аналізу даних випливає, що при прийнятих умовах чисельної експерименту в криогенном модулі можна отримати необхідну кондицію кінцевого продукту поділу R2=0,9 моль/моль з моль/моль. Це значення близько до значення вмісту кисню в продукті, отриманому при фізичному експерименті в промислових умовах.
Рис. 10. Залежність числа теоретичних тарілок від флегмового числа при очищенні кисню: 1 - в вичерпної секції; 2 - в зміцнювальної секції; 3 - в цілому для колони
У табл. 1 наведено склад продуктів розділення, а в табл.2 - розрахункове число теоретичних тарілок в колонах вузла ректифікації для отримання високочистого кисню з концентрацією 0,9999991 моль O2/моль залежно від чистоти технічного рідкого кисню, що надходить на очищення в автономний модуль. Тиск у колонах I і II (див. Рис. 4) складає 200 і 150 кПа.
У колоні I, де відбувається відділення висококиплячих домішок, серед яких були метан і криптон, число теоретичних тарілок (як загальне, так і в окремих секціях) майже не змінюється, т. е. не залежить від чистоти технічного рідкого кисню. Це пояснюється тим, що у вихідній суміші з різною концентрацією кисню концентрація метану і криптону майже не змінювався та знаходився відповідно на рівні (4 ... 5) 10-4 моль CH4/моль і 1 · 10-4 моль Kr/моль.
Таблиця 1
Склад продуктів поділу колон I і II при
ПотокСостав x · 105, моль/моль D121,025498,3620,0010,000 R10,533131,12199,9812,000 D2399,4679467,1470,0000,000 R20,0000,0960,0010 , 000
Таблиця 2
Розрахункове число теоретичних тарілок
КолонниЧісло теоретичних тарілок при об'ємної концентрації технічного O2,% 99,299,599,7Колонна IІсчерпивающая частина 2,86 2,86 2,86Укрепляющая часть12,1511,5711,57Общее чісло15,0114,4314,43Колонна IIІсчерпивающая частина 93, 8771,7867,14Укрепляющая частина 13,0713,0713,07Общее чісло106,9484,8580,21
У колоні II, де кисень в основному очищається від аргону і азоту, спостерігається значна залежність числа теоретичних тарілок від чистоти вихідної суміші. Велике число теоретичних тарілок в вичерпної секції колони обумовлено трудністю відділення домішки аргону від кисню через те, що вони мають близькі значення температури кипіння і летючості. Крім того, у міру зменшення в вихідної суміші концентрації кисню в ній росте концентрація аргону і азоту - відповідно від 1,5 · 10-3 до 5,2 · 10-3 моль Ar/моль і від 1 · 10-3 до 2, 2 · 10-3 моль N2/моль.
Дані, наведені в табл. 3, дозволяють оцінити можливості пропонованої схеми (див. Рис. 4) для створення автономного модуля з очищення від мікродомішок рідкого чи газоподібного аргону в цілях одержання аргону особливої ??чистоти.
Розрахунок чистоти кінцевого продукту поділу проведено при наступних даних: концентрація аргону у вихідному продукті - 0,9999 моль Ar/моль; вміст домішок - 2 · 10-5 моль N2/моль, 7 · 10-5 моль O2/моль, 5 · 10-6 моль CH4/моль, 5 · 10-6 моль Ar/моль. У колонах I і II тиск відповідно становить 200 і 150 кПа; теоретичних тарілок 56 і 9,5; флегмовое число дорівнює 4,36 і 26,25.
Таблиця 3
Склад продуктів поділу
ПотокіКонцентрація, моль/мольаргонаазота кіслородаметанакріптонаКолонна IДістіллят0,99990522,105 · 10-57,368 · 10-57 · 10-8-Кубовий остаток0,9998013-2 · 10-89,868 · 10-51 · 10-4Колонна IIДістіллят0,99826653,9983 · 10-41,33367 · 10-3 - Кубовий остаток0,99999624,5 · 10-83,755 · 10-6 -
У колоні I в відбирає верхньому продукті (дистилляте, рівному 95% обсягу суміші, що розділяється на вході в колону), який йде потім на вторинне поділ в колону II, криптону практично не міститься, а концентрація метану знаходиться на рівні 7 · 10-8 моль CH4/моль. Кінцевий продукт поділу (кубовий залишок, рівний 90% обсягу суміші, що розділяється), що відводиться з колони II, має концентрацію аргону на порядок вище, ніж концентрація аргону високої чистоти, одержуваного на промислових повітророзд...
