Instalasi untuk memproduksi nitrogen dari udara. Instalasi untuk memperoleh nitrogen dari udara: masalah dan prospek

Amonia (NH 3) adalah senyawa nitrogen dan hidrogen. Ini adalah gas ringan dengan bau yang menyengat. Produksi amonia di industri dan laboratorium diperlukan untuk produksi pupuk, polimer, asam nitrat dan zat lainnya.

Di industri

Amonia diproduksi secara industri dari nitrogen dengan menggabungkannya dengan hidrogen. Nitrogen diambil dari udara, hidrogen dari air. Metode ini pertama kali dikembangkan oleh ahli kimia Jerman Fritz Haber. Metode industri untuk memproduksi amonia mulai disebut proses Haber.

Reaksi terjadi dengan penurunan volume dan pelepasan energi dalam bentuk panas:

3H 2 + N 2 → 2NH 3 + Q.

Reaksinya bersifat reversibel, sehingga beberapa kondisi harus dipenuhi. Pada tekanan tinggi dan suhu rendah, volume amonia yang dihasilkan meningkat. Namun, suhu rendah memperlambat laju reaksi, dan peningkatan suhu meningkatkan laju reaksi sebaliknya.

Kondisi yang diperlukan untuk melaksanakan reaksi ditemukan secara eksperimental:

• suhu- 500°C;
• tekanan- 350 atm;
• katalisator- oksida besi Fe 3 O 4 (magnetit) dengan campuran oksida perak, kalium, kalsium dan zat lainnya.

Dengan kondisi tersebut, gas yang dihasilkan mengandung 30% amonia. Untuk menghindari reaksi sebaliknya, zat tersebut didinginkan dengan cepat. Pada suhu rendah, gas yang dihasilkan berubah menjadi cair. Gas yang tidak terpakai - nitrogen dan hidrogen - dikembalikan ke kolom sintesis. Metode ini membantu memperoleh amonia dalam jumlah besar dengan cepat, menggunakan bahan mentah sebanyak mungkin.

Beras. 1. Produksi amonia secara industri.

Untuk menemukan katalis yang tepat, 20 ribu zat berbeda dicoba.

Di laboratorium

Untuk memperoleh amonia di laboratorium, reaksi basa dengan garam amonium digunakan:

NH 4 Cl + NaOH → NH 3 + NaCl + H 2 O

Amonia juga dapat diperoleh di laboratorium dari amonium klorida yang dipanaskan bersama dengan kapur mati, atau dengan penguraian amonium hidroksida:

• 2NH 4 Cl + Ca(OH) 2 → CaCl 2 + 2NH 3 + 2H 2 O;
• NH 4 OH ↔ NH 3 + H 2 O.

Beras. 2. Memperoleh amonia di laboratorium.

Amonia dapat dikeringkan sepenuhnya dengan menggunakan campuran kapur dan natrium hidroksida, yang melaluinya gas yang dihasilkan dilewatkan. Untuk tujuan yang sama, amonia cair dicampur dengan logam natrium dan didistilasi.

Amonia lebih ringan dari udara, sehingga untuk mengumpulkannya, tabung reaksi dipegang terbalik.

Aplikasi

Amonia digunakan di berbagai industri:

• di bidang pertanian - untuk produksi pupuk yang mengandung nitrogen;
• dalam industri - untuk produksi polimer, bahan peledak, es buatan;
• dalam kimia - untuk produksi asam nitrat, soda;
• dalam pengobatan - sebagai amonia.

Beras. 3. Produksi pupuk.

Apa yang telah kita pelajari?

Amonia diproduksi secara industri dan di laboratorium. Untuk produksi dalam skala industri, nitrogen dan hidrogen digunakan. Bercampur di bawah suhu tinggi, tekanan dan di bawah pengaruh katalis, zat sederhana membentuk amonia. Untuk mencegah reaksi berjalan berlawanan arah pada suhu tinggi, gas didinginkan. Di laboratorium, amonia diperoleh dengan mereaksikan garam amonium dengan basa, kapur mati, atau dengan menguraikan amonium hidroksida. Amonia digunakan dalam industri kimia, pertanian, kedokteran, dan kimia.

UKHANOV A.V.

Nitrogen kini banyak digunakan dalam bentuk larutan gas dan cair di banyak industri. yang, sebelum digunakan, diubah menjadi gas menggunakan peralatan khusus - gasifier. Nitrogen teknis digunakan untuk menjamin keselamatan bekerja dengan bahan yang mudah terbakar, dalam instalasi pemadam kebakaran dan untuk menciptakan lingkungan tertentu yang diperlukan untuk penerapan proses teknologi.

Relevansi topik yang dipilih disebabkan oleh fakta bahwa otomatisasi pabrik pemisahan udara, selain mengurangi biaya tenaga kerja untuk pemeliharaan dan meningkatkan keandalan instalasi, memberikan efek teknis dan ekonomi bagi

Analisis sifat-sifatnya oleh para ahli modern telah membantu perkembangan berbagai teknologi modern. Gost yang sesuai menetapkan parameter yang harus dimiliki nitrogen untuk berbagai aplikasi. Saat ini, gas teknis ini diproduksi menggunakan pabrik pemisahan udara dan gas modern.

Udara atmosfer adalah campuran nitrogen, oksigen, argon, dan gas lainnya. Komponen udara tidak terhubung satu sama lain melalui interaksi kimia. Kira-kira udara dapat dianggap sebagai campuran nitrogen dan oksigen saja, karena kandungan argon dan gas lain di udara kurang dari 1%. Dalam hal ini kandungan volumetrik nitrogen di udara adalah 79% dan oksigen 21%.

Memisahkan udara menjadi oksigen dan nitrogen merupakan tugas teknis yang rumit. Cara termudah untuk melakukannya adalah dengan mencairkan udara terlebih dahulu dan kemudian menggunakannya untuk memisahkannya menjadi bagian-bagian komponennya, perbedaan titik didih oksigen dan nitrogen. Nitrogen cair, pada tekanan atmosfer, mendidih pada suhu minus 195,8 o C, dan oksigen cair - pada suhu minus 182,9 o C. Jadi, terdapat perbedaan hampir 13 o C antara titik didih gas-gas cair tersebut. Oleh karena itu, jika udara cair diuapkan secara bertahap, maka sebagian besar nitrogen, yang memiliki titik didih lebih rendah, akan menguap terlebih dahulu. Saat nitrogen menguap dari cairan, nitrogen akan diperkaya dengan oksigen. Dengan mengulangi proses ini berkali-kali, Anda dapat mencapai tingkat pemisahan udara yang diinginkan menjadi nitrogen dan oksigen dengan kemurnian yang diperlukan. Cara memperoleh nitrogen dan oksigen dari udara disebut metode (metode) pendinginan dan rektifikasi dalam.

Saat ini, perolehan nitrogen dan oksigen dari udara atmosfer dengan metode pendinginan dalam dan rektifikasi adalah yang paling ekonomis, sehingga memiliki aplikasi industri yang luas. Metode ini memungkinkan Anda memperoleh nitrogen dan oksigen dalam jumlah berapa pun. Konsumsi listrik dalam hal ini adalah 0,4 - 1,6 kWh per 1 m 3 oksigen, tergantung pada ukuran dan desain teknologi instalasi.

Instalasi modern untuk memproduksi nitrogen, oksigen, dan gas mulia dari udara dapat dibagi menjadi tiga kelompok:

1) Pabrik oksigen untuk produksi oksigen teknis (99,2% - 99,5% O 2) dan proses oksigen (94% - 97% O 2),

2) Instalasi nitrogen-oksigen dan nitrogen,

3) Instalasi untuk produksi gas mulia.

Produktivitas berbagai instalasi berkisar antara 65 hingga 158.000 m 3 /jam udara olahan

\ Produksi modern memerlukan pemantauan terus-menerus terhadap parameter teknologi, pengaturan dan pemeliharaannya yang tepat waktu dan akurat dalam batas yang ditentukan. Solusi efektif untuk masalah ini hanya mungkin dilakukan dengan penggunaan sistem kontrol proses otomatis (APCS).

Tujuan akhir dari otomatisasi adalah penciptaan produksi yang sepenuhnya otomatis, di mana peran seseorang direduksi menjadi menyusun mode dan program untuk aliran proses teknologi, memantau pengoperasian perangkat dan penyesuaiannya.

Keuntungan utama produksi otomatis: memfasilitasi tenaga kerja, meningkatkan kondisi kerja yang sanitasi dan higienis, meningkatkan tingkat budaya umum kehidupan manusia, meningkatkan indikator teknis dan ekonomi, meningkatkan kualitas produk, meningkatkan produktivitas tenaga kerja, dan mengurangi biaya produksi.

Pekerjaan ini dikhususkan untuk meningkatkan proses pemisahan udara standar yang ada untuk tujuan memperoleh nitrogen, dengan memperkenalkan sistem kontrol otomatis (ASR) tekanan udara terkompresi di saluran masuk ke unit pemisahan pabrik pemisahan udara.

Mari kita pertimbangkan metode utama memperoleh nitrogen dari udara

1. Metode adsorpsi pemisahan udara didasarkan pada penyerapan selektif gas tertentu oleh adsorben dan banyak digunakan karena keuntungan sebagai berikut:

Kemampuan pemisahan yang tinggi untuk komponen yang teradsorpsi tergantung pada pilihan adsorben;

Mulai dan berhenti cepat dibandingkan dengan tanaman kriogenik;

Fleksibilitas instalasi yang lebih besar, mis. kemampuan untuk dengan cepat mengubah mode pengoperasian, produktivitas, dan kebersihan tergantung kebutuhan;

Pengaturan mode otomatis;

Kemungkinan kendali jarak jauh;

Biaya energi yang rendah dibandingkan dengan unit kriogenik;

Desain perangkat keras sederhana;

Biaya perawatan rendah;

Biaya instalasi yang rendah dibandingkan dengan teknologi kriogenik;

Metode adsorpsi digunakan untuk menghasilkan nitrogen dan oksigen, karena memberikan parameter kualitas yang sangat baik dengan biaya rendah.

Prinsip produksi nitrogen dengan metode adsorpsi sederhana namun efektif. Udara disuplai ke adsorber - saringan molekul karbon pada tekanan tinggi dan suhu sekitar. Selama proses tersebut, oksigen diserap oleh adsorben sementara nitrogen melewati peralatan. Adsorben menyerap gas sampai keadaan setimbang antara adsorpsi dan desorpsi, setelah itu adsorben harus diregenerasi, yaitu. menghilangkan komponen yang terserap dari permukaan adsorben. Hal ini dapat dilakukan dengan menaikkan suhu atau melepaskan tekanan. Biasanya, regenerasi pelepasan tekanan digunakan dalam adsorpsi ayunan tekanan. Kemurnian nitrogen yang menggunakan teknologi ini adalah 99,999%.

Unit pemisahan udara Azh-0,6-3 dirancang untuk produksi nitrogen cair dengan kemurnian khusus sesuai dengan GOST 9293-74 menggunakan metode adsorpsi.

Pemisahan udara adalah salah satu proses teknologi terpenting dan kritis di sebuah pabrik. Peralatan teknologi utama adalah unit pemisahan unit pemisahan udara

2. Metode pemisahan kriogenik didasarkan pada proses perpindahan panas dan massa, khususnya proses rektifikasi suhu rendah, berdasarkan perbedaan titik didih komponen udara dan perbedaan komposisi yang berada dalam kesetimbangan antara campuran cair dan uap.

Dalam proses pemisahan udara pada suhu kriogenik, terjadi pertukaran massa dan panas antara fase cair dan uap yang bersentuhan, terdiri dari komponen udara. Akibatnya, fasa uap diperkaya dengan komponen dengan titik didih rendah (komponen yang memiliki titik didih lebih rendah), dan fasa cair diperkaya dengan komponen dengan titik didih tinggi.

Jadi, prosesnya terlihat seperti ini: udara yang dihisap oleh kompresor multi-tahap terlebih dahulu melewati filter udara, kemudian dibersihkan dari debu, melewati pemisah kelembaban, tempat air yang mengembun selama kompresi udara dipisahkan, dan pendingin air, yang mendinginkan udara dan menghilangkan panas yang dihasilkan selama kompresi. Untuk menyerap karbon dioksida dari udara, decarbonizer dinyalakan, diisi dengan larutan soda kaustik. Penghapusan total uap air dan karbon dioksida dari udara sangat penting, karena pembekuan air dan karbon dioksida pada suhu rendah menyumbat saluran pipa, dan instalasi harus dihentikan untuk pencairan dan pembersihan.

Udara cair yang dihasilkan dikenai distilasi fraksional atau rektifikasi dalam kolom distilasi. Dengan penguapan cairan secara bertahap, setelah melewati baterai pengering, udara terkompresi memasuki apa yang disebut udara, terutama nitrogen diuapkan, dan sisa cairan semakin diperkaya dengan oksigen. Dengan mengulangi proses serupa berkali-kali pada baki distilasi kolom pemisahan udara, diperoleh oksigen cair, nitrogen, dan argon dengan kemurnian yang diperlukan. Kemungkinan keberhasilan perbaikan didasarkan pada perbedaan yang cukup signifikan (kira-kira.

13 °C) titik didih nitrogen cair (minus 196 °C) dan oksigen (minus 183 °C). Agak lebih sulit untuk memisahkan argon dari oksigen (minus 185 °C). Selanjutnya, gas yang dipisahkan dibuang untuk diakumulasikan dalam wadah kriogenik khusus.

3. Metode membran

Penggunaan teknologi pemisahan gas membran dalam industri dimulai pada tahun 70an dan merevolusi industri pemisahan gas. Hingga saat ini, teknologi ini aktif berkembang dan semakin meluas karena efisiensi ekonominya yang tinggi. Desain pabrik pemisahan gas dan pemisahan udara membran modern sangat andal. Pertama-tama, ini dipastikan oleh fakta bahwa tidak ada elemen yang bergerak di dalamnya, sehingga kerusakan mekanis hampir tidak mungkin terjadi. Membran pemisah gas modern, elemen utama instalasi, bukan lagi membran atau film datar, melainkan serat berongga. Membran serat berongga terdiri dari serat polimer berpori dengan lapisan pemisah gas diterapkan pada permukaan luarnya. Inti dari pengoperasian instalasi membran adalah permeabilitas selektif bahan membran oleh berbagai komponen gas. Pemisahan udara menggunakan membran selektif didasarkan pada kenyataan bahwa molekul komponen udara memiliki permeabilitas yang berbeda melalui membran polimer. Udara disaring

dikompresi hingga tekanan yang diinginkan, dikeringkan dan kemudian diumpankan melalui modul membran. Molekul oksigen dan argon melewati membran lebih cepat dan dikeluarkan ke luar. Semakin banyak udara yang melewati modul, semakin besar konsentrasi nitrogen N2. Cara paling hemat biaya untuk mendapatkan nitrogen dengan kandungan bahan utama 93-99,5%: Katalog Produk. - Mode akses: http://www.metran.ru/netcat_files/973/941/150.pdf - Cap. dari layar.

8 Pemancar Tingkat Radar Dua Kawat Seri Rosemount 5400 [Sumber daya elektronik]: Lembar Data Teknis; katalog 2008-2009. - Mode akses: http://metratech.ru/file/Rosemount_5400.pdf - Cap. dari layar.

9 Sakelar Tingkat Getaran Ringkas Rosemount 2110 [Sumber daya elektronik]: Lembar Data Teknis; katalog 2006-2007. - Mode akses: http://www.metran.ru/netcat_files/960/927/Rosemount_2110_PDS_00813_0107_4029_RevBA_rus.pdf - Cap. dari layar.

10 Pemancar Suhu Cerdas Rosemount 3144P [Sumber daya elektronik]: Lembar Data Teknis; katalog 2008-2009. - Mode akses: http://www.metran.ru/netcat_files/469/369/Rosemount_3144P_PDS_00813_0107_4021_RevNA_rus.pdf - Cap. dari layar.

12 Buralkov, A.A. Otomatisasi proses teknologi perusahaan metalurgi: metode pendidikan. tunjangan / I.I. Lapaev, A.A. Buralkov: GATSMIZ - Krasnoyarsk, 1998. - 136 hal.

13 Teori kendali otomatis: buku teks. untuk universitas / V. N. Bryukhanov [dll.]; diedit oleh Yu.M.Solomentseva. - Ed. 3, terhapus - M.: Lebih tinggi. sekolah, 2000. - 268 hal.

MiZ", 2003. - 52 hal.

25GOST 2.105-95. ESKD. Persyaratan umum untuk dokumen teks. - Memasuki. untuk pertama kalinya; tanggal dimasukkan 08/08/1995. - M.: Standar Negara Federasi Rusia, 1995. - 47 hal.

26GOST 21.404-85 SPDS. Otomatisasi proses teknologi. - Memasuki. untuk pertama kalinya; tanggal dimasukkan 01/01/1986. - M.: Standar Negara Federasi Rusia, 1986. - 36 hal.

PILIHAN ISPO

Analisis sifat-sifatnya oleh para ahli modern telah membantu perkembangan berbagai teknologi modern. Gost yang sesuai menetapkan parameter yang harus dimiliki nitrogen untuk berbagai aplikasi. Saat ini, gas teknis ini diproduksi menggunakan pabrik pemisahan udara dan gas modern. Analisis sifat-sifatnya oleh para ahli modern telah membantu perkembangan berbagai teknologi modern. Gost yang sesuai menetapkan parameter yang harus dimiliki nitrogen untuk berbagai aplikasi. Saat ini, gas teknis ini diproduksi menggunakan pabrik pemisahan udara dan gas modern.

Pertimbangan

Roma karakteristik dasar nitrogen. Zat ini merupakan gas tidak beracun yang tidak berwarna. Hal ini juga ditandai dengan tidak adanya bau dan rasa. Nitrogen ada di alam dan merupakan gas yang tidak mudah terbakar pada tekanan dan suhu normal. Karena nitrogen sedikit lebih ringan dari udara, konsentrasinya meningkat seiring ketinggian di atmosfer. Jika nitrogen didinginkan hingga titik didihnya, nitrogen akan berubah wujud dari gas menjadi cair. Nitrogen cair adalah cairan tidak berwarna yang, pada suhu tertentu dan di bawah pengaruh tekanan yang sesuai, dapat diubah menjadi zat padat kristal dan tidak berwarna. Nitrogen adalah penghantar panas yang lemah. Produksi nitrogen untuk keperluan industri

Nitrogen teknis digunakan saat ini di banyak industri. Analisis sifat-sifatnya oleh para ahli modern telah membantu perkembangan berbagai teknologi modern. Gost yang sesuai menetapkan parameter yang harus dimiliki nitrogen untuk berbagai aplikasi. Saat ini, gas teknis ini diproduksi menggunakan pabrik pemisahan udara dan gas modern. Perusahaan riset dan produksi Grasys adalah pemimpin dalam pengembangan dan produksi peralatan untuk pemisahan udara dan pembuatan media gas. Kami mengembangkan dan memproduksi pabrik stasioner dan bergerak yang memungkinkan kami memperoleh volume nitrogen yang dibutuhkan. Perusahaan kami menyediakan layanannya tidak hanya di Rusia dan negara-negara CIS, tetapi juga memiliki banyak klien di Eropa Timur.

Teknologi yang digunakan

Generator mengekstrak nitrogen dari udara sekitar dan gas lainnya menggunakan teknologi adsorpsi ayunan tekanan. Selama proses adsorpsi ayunan tekanan, udara ambien bersih terkompresi dimasukkan ke saringan molekuler, yang memungkinkan nitrogen masuk sebagai gas produk tetapi menyerap gas lainnya. Layar ini memungkinkan gas yang teradsorpsi keluar ke atmosfer ketika katup keluar ditutup dan tekanan filtrasi kembali ke tekanan sekitar. Lapisan filter kemudian dibersihkan dengan nitrogen sebelum udara bertekanan segar dimasukkan untuk siklus produksi baru. Untuk menjamin aliran produk yang konstan, generator nitrogen menggunakan dua lapisan filter molekuler yang dihubungkan secara alternatif antara fase adsorpsi dan regenerasi. Dalam kondisi pengoperasian normal dan dengan perawatan yang tepat, lapisan filter molekuler memiliki masa pakai yang hampir tidak terbatas. Teknologi adsorpsi ayunan tekanan memiliki beberapa paten internasional dan memenuhi standar pasar dalam hal kinerja dan efisiensi.

Tata letak peralatan

Agar generator nitrogen dapat bekerja secara otomatis, diperlukan komponen-komponen berikut:

Pasokan udara terkompresi

Pasokan udara bertekanan dalam jumlah tertentu dan kualitas tertentu, dijelaskan di bagian penawaran. Jumlah minimum pasokan udara tekan bebas dalam m 3 /menit pada 20°C sama dengan konsumsi udara rata-rata generator nitrogen dalam Nm 3 /menit, ditingkatkan dengan persentase yang sesuai untuk mengimbangi pengaruh udara sekitar dan desain toleransi kompresor udara dalam kondisi desain. Sistem kompresi udara akan termasuk dalam lingkup pasokan, yang terdiri dari kompresor udara dan pengering udara berpendingin.

Filter udara

Satu set filter kasar dan kemurnian tinggi serta filter karbon aktif selalu disertakan dalam cakupan pengiriman. Filter udara harus dipasang di antara sistem udara bertekanan dan penerima udara untuk memastikan bahwa generator nitrogen akan menerima jumlah nitrogen minimum yang diperlukan.

Penerima udara

Penerima udara dipasang di antara filter udara dan generator nitrogen. Tugas utama penerima udara adalah menjamin pasokan udara segar dalam jumlah yang cukup ke lapisan filter generator nitrogen yang baru dipulihkan dalam waktu singkat. Jika sistem udara bertekanan termasuk dalam cakupan pasokan, dimensi volume penerima udara akan bervariasi hingga memenuhi syarat untuk proses dan kompresi udara (siklus beban maks / tanpa beban).

Penerima nitrogen

Aliran produk generator nitrogen dikumpulkan dalam satu penerima nitrogen. Penerima nitrogen harus dipasang di dekat generator nitrogen. Kehadiran penerima nitrogen menjamin tekanan balik yang cukup untuk proses dan aliran nitrogen yang konstan ke pelanggan akhir. Kecuali dinyatakan secara khusus, volume penerima nitrogen dihitung berdasarkan asumsi dinamika konsumsi konstan dari aplikasi Pelanggan dalam jangka waktu yang lama.

Keuntungan:

Keamanan

Tekanan pengoperasian rendah, penyimpanan aman. Tidak diperlukan tabung gas bertekanan tinggi yang berat. Penyimpanan nitrogen cair yang berbahaya dapat dihilangkan.

Ekonomi

Tidak ada biaya distribusi atau pemrosesan. Memproduksi nitrogen di lokasi (lokasi industri) dengan generator nitrogen menghemat biaya pemrosesan dan penyimpanan dalam tabung gas bertekanan tinggi serta mencegah kerugian penyewaan, transportasi, dan penguapan bagi pengguna.

Biaya operasional rendah.

Proses yang diusulkan memiliki pemisahan yang lebih efisien dibandingkan sistem lain di pasar. Hal ini mengurangi kebutuhan pasokan udara, sehingga menghasilkan penghematan energi sebesar 10 - 25% dibandingkan sistem sejenis. Dengan meminimalkan komponen yang berputar dan menggunakan komponen berkualitas tinggi, biaya pemeliharaan tetap rendah sepanjang masa pakai generator.

Kenyamanan

Mudah dipasang dan dirawat. Generator nitrogen memiliki saluran masuk udara dan saluran keluar nitrogen di sisi yang sama. Ini berarti pemasangan yang mudah, bahkan pada sudut bengkel kecil. Keandalan tinggi karena berkurangnya jumlah komponen yang berputar dan komponen berkualitas tinggi.

Kualitas nitrogen terjamin

Tidak ada risiko kemurnian nitrogen yang tidak mencukupi, proses dilanjutkan secara otomatis. Generator nitrogen memiliki sistem kontrol yang unik: jika kemurnian nitrogen tidak sesuai dengan nilai yang ditentukan, PLC secara otomatis menutup aliran produksi nitrogen ke outlet aplikasi pelanggan dan membuka katup pelepas nitrogen di luar spesifikasi. Sistem akan mencoba memulai proses, dan ketika kemurnian nitrogen mencapai hasil yang diinginkan, katup pelepas akan menutup dan katup pemasukan nitrogen akan terbuka kembali. Prosedur sepenuhnya otomatis dan tanpa pengawasan, tidak perlu memulai ulang secara manual.

Kondisi desain

Data diberikan untuk mode pengoperasian ideal, toleransi ±5%

Dimensi, berat

Pengaturan energi

Toleransi pada semua nilai yang ditentukan: ± 10%

Lingkup pengiriman

4 kompresor udara

• kompresor sekrup putar injeksi oli

4 pengering udara

• pengering udara berpendingin

2 penerima udara

• bejana tekanan vertikal baja karbon
• volume: 3000 liter

filter udara terkompresi

Dua set filter udara bertekanan eksternal dipasang di depan penerima udara, set tersebut terdiri dari filter berikut:

• satu filter penggabungan untuk pemurnian primer (efisiensi 99,9999%, 1,0 µ - ≤ 0,5 mg/m³) dengan perangkat pembuangan kondensat tipe mengambang;
• satu filter halus yang menyatu (efisiensi 99,9999%, 0,01 µ - ≤ 0,1 mg/m³) dengan perangkat pembuangan kondensat tipe mengambang;
• satu filter karbon aktif (sisa minyak ≤ 0,005 mg/m³).

dua generator nitrogen

Dua generator nitrogen, yang telah dipasangi kabel sepenuhnya, dipasang pada rangka baja karbon yang dicat, masing-masing dilengkapi dengan komponen berikut:

• 6 menara adsorpsi, masing-masing diisi dengan saringan molekul karbon. Saringan molekul karbon akan dibuat di AS, Eropa atau Jepang. Saringan buatan China atau India tidak digunakan;
• Peredam gas buang, dipasang untuk meredam gas buang hingga tingkat kebisingan desain;
• Set katup dan throttle proses elektro-pneumatik, termasuk. katup solenoid;
• 1 saluran pembersih nitrogen di bawah standar dengan katup kontrol yang dikontrol solenoid;
• Satu set katup pengaman yang disesuaikan dengan tingkat tekanan yang sesuai;
• Semua pipa dan kabel listrik untuk sambungan;
• Sensor tekanan lokal;
• Satu (1) sistem kendali untuk pengoperasian generator otomatis penuh, dengan kabel internal penuh, terdiri dari:
  • Satu PLC (Rockwell/Allen Bradley Micro 850 PLC) dengan koneksi Ethernet/IP untuk komunikasi dengan sistem kendali jarak jauh pelanggan;
  • Satu antarmuka pengguna grafis layar sentuh (Rockwell/Allen Bradley C400) menampilkan nilai real-time dari parameter yang relevan dan kemungkinan pesan alarm untuk diagnostik langsung;
  • Semua perpipaan, katup, instrumentasi dan sistem kontrol turnkey dipasang pada rangka baja karbon;
  • Satu (1) penganalisis nitrogen sisa yang berdiri sendiri dengan sensor zirkonia;
  • Satu pengukur aliran produk elektronik mandiri.

dua (2) penerima nitrogen

• bejana bertekanan tinggi vertikal yang terbuat dari baja karbon;
• katup pengaman diatur ke tingkat tekanan yang sesuai
• volume: 3000 liter
• tekanan operasi maks: 11,0 barg

Standar yang berlaku

1. Petunjuk 2009/105/EC untuk bejana bertekanan sederhana
2. Petunjuk Eropa 97/23/EC, EN 13445, EN 13480 tentang peralatan bertekanan
3. Petunjuk 2004/108/EC tentang kompatibilitas elektromagnetik
4. Petunjuk UE 2006/95/EC tentang peralatan listrik bertegangan rendah
5. Petunjuk Mesin 2006/42/EC

Catatan

Mengingat kinerja yang dibutuhkan, desain modular tidak mungkin dilakukan.

Produksi nitrogen dari udara diperlukan untuk pemanfaatan gas di berbagai bidang kegiatan, misalnya metalurgi, industri pertambangan dan petrokimia, obat-obatan, dan industri makanan. Atmosfer planet ini mengandung 75% nitrogen, menjadikan teknologi pemisahan gas efektif dan menguntungkan.

Teknologi dasar produksi nitrogen

Pertanyaan tentang bagaimana nitrogen diperoleh dari udara mempunyai tiga kemungkinan jawaban. Gas inert diperoleh untuk keperluan industri di perusahaan besar atau penggunaan praktis di laboratorium menggunakan metode berikut:

• Dekomposisi kriogenik udara, berdasarkan perbedaan titik didih komponen penyusunnya.
• Teknologi adsorpsi, dimana udara dipisahkan menjadi nitrogen dan oksigen karena perbedaan ukuran molekul.
• Unit membran juga bekerja dengan memisahkan udara bertekanan menjadi komponen-komponennya.

Teknologi kriogenik telah digunakan selama lebih dari 100 tahun. Prosesnya didasarkan pada kompresi udara atmosfer yang masuk ke tingkat tekanan yang diperlukan. Kelembaban, berbagai kotoran padat dan karbon dioksida dihilangkan dari campuran yang dihasilkan. Setelah ekspansi terbalik, udara murni secara bertahap mendingin dan berubah menjadi cair. Pada suhu -196 derajat, nitrogen diekstraksi dari campuran.

Penggunaan instalasi kriogenik dibenarkan secara ekonomi bila terdapat kebutuhan besar akan gas inert. Tingginya biaya dan kompleksitas peralatan memungkinkan pemasangan peralatan hanya di perusahaan besar. Seringkali instalasi seperti itu digunakan untuk menghasilkan oksigen, dan nitrogen dalam kasus tersebut merupakan produk sampingan.

Untuk penggunaan praktis, baik di laboratorium atau pabrik industri besar, nitrogen diperoleh dengan tiga cara utama, yang semuanya didasarkan pada dekomposisi udara atmosfer: 1) melalui dekomposisi kriogenik udara, 2) melalui adsorpsi siklus tekanan, dan 3 ) melalui difusi membran.

Dekomposisi kriogenik udara

Metode dekomposisi udara kriogenik ditemukan oleh ilmuwan Jerman Carl von Linde lebih dari 100 tahun yang lalu (omong-omong, kami mencatat bahwa nama von Linde masih disandang oleh perusahaan Linde Gas, salah satu kontraktor pasokan terbesar di dunia. gas ke perusahaan industri). Metode ini bermuara pada distilasi fraksional udara atmosfer cair, dan didasarkan pada perbedaan titik didih (penguapan) komponen-komponennya: nitrogen, oksigen, argon, dan gas lainnya. Secara singkat prosesnya adalah sebagai berikut: pertama, udara atmosfer dikompresi hingga bertekanan tinggi. Setelah kompresi, kotoran padat, uap air, dan karbon dioksida (karbon dioksida CO 2) dihilangkan dari udara terkompresi. Udara terkompresi yang dimurnikan mengalami pemuaian terbalik, sebagai akibatnya ia didinginkan hingga tingkat pencairan gas-gas penyusunnya. Setelah itu, cairan yang dihasilkan secara bertahap menguap, dan saat menguap, nitrogen (titik didih -196°C), oksigen (titik didih -183°C), argon, dan gas mulia lainnya diekstraksi darinya secara fraksional.

Metode ini dibenarkan secara ekonomi hanya jika terdapat kebutuhan nitrogen yang signifikan. Biasanya, pabrik nitrogen kriogenik digunakan oleh perusahaan besar di industri kimia dan metalurgi: perusahaan besar menerima nitrogen untuk selanjutnya diikat dengan hidrogen melalui proses Haber untuk menghasilkan amonia NH 3, yang kemudian digunakan langsung sebagai pupuk, atau diubah menjadi amonia. nitrat dan juga digunakan sebagai pupuk, atau digunakan sebagai prekursor dalam sintesis senyawa kimia lainnya.

Bagi perusahaan di industri metalurgi, nitrogen secara umum sering kali merupakan produk limbah: ketika udara terurai, perusahaan metalurgi berusaha untuk mendapatkan, pertama-tama, oksigen, yang diperlukan untuk melelehkan baja dari bijih besi - dan nitrogen biasanya dilepaskan ke atmosfer. dan sebagian terjual.

Pabrik kriogenik mahal baik untuk dibeli maupun dirawat, secara teknis rumit, memiliki dimensi yang signifikan (biasanya hanya cocok untuk penempatan di luar ruangan), tetapi tanaman tersebut memungkinkan untuk menghasilkan nitrogen dengan kemurnian sangat tinggi (sekitar 99,999% dan bahkan lebih tinggi) dan dalam jumlah besar. jumlah yang sangat besar.

Memperoleh nitrogen dengan adsorpsi oksigen

Metode adsorpsi pelepasan nitrogen dari udara didasarkan pada perbedaan ukuran molekul komponen utama udara: nitrogen dan oksigen. Pabrik adsorpsi untuk memproduksi nitrogen terdiri dari wadah penyerap (biasanya berpasangan, terkadang tersedia dalam jumlah genap yang lebih besar) yang diisi dengan adsorben - saringan molekul karbon, atau disingkat CMS, dari bahasa Inggris "Carbon Molecular Sieve". Saringan molekuler ini biasanya berbentuk butiran atau silinder lonjong berwarna hitam, dengan diameter 1...3 milimeter:

CMS yang digunakan di pabrik adsorpsi untuk produksi nitrogen memiliki volume pori yang signifikan, dan pori-pori ini memiliki ukuran masukan sekitar 3 angstrom (=0,3 nm). Molekul oksigen, yang memiliki diameter kinetik kira-kira 2,9 Å, menembus ke dalam pori-pori dan tertahan olehnya; molekul nitrogen dengan diameter kinetik 3,1 Å melewati lapisan adsorben tanpa hambatan. Tentu saja, dalam praktiknya, beberapa molekul oksigen melewati adsorben tanpa tersisa di dalamnya; sebaliknya, beberapa molekul nitrogen memasuki pori-pori yang lebih besar dari ukuran 3,0 Å yang dihitung dan tertahan di dalamnya. Namun, pada keluaran adsorber, diperoleh campuran gas, yang kurang lebih diperkaya dengan nitrogen (perhatikan bahwa sepanjang jalan, CMS diekstraksi sebagian dari udara terkompresi dan uap air yang terkandung di dalamnya - dan meskipun untuk memastikan lebih lama masa pakai saringan molekuler, disarankan untuk menerapkannya pada masukan nitrogen generator adsorpsi sudah dikeringkan dengan udara bertekanan, nitrogen yang dihasilkan juga akan dikeringkan lebih lanjut).

Karena adsorben, saringan molekul karbon, memiliki kapasitas pori yang terbatas dan, oleh karena itu, kapasitas penahan yang terbatas, maka dengan cukup cepat (dalam implementasi praktis generator nitrogen adsorpsi, setelah 40...200 detik) maka perlu dilakukan regenerasi, yaitu, mengembalikan kapasitas holdingnya. Untuk melakukan ini, tekanan dalam penyerap dilepaskan secara tajam ke atmosfer, yang menyebabkan pelepasan molekul oksigen yang sebelumnya tertahan dari pori-pori CMS. Untuk pemulihan CMS yang lebih lengkap, setelah tekanan dilepaskan, sebagian nitrogen yang diproduksi pada saat itu di adsorber lain disuplai ke adsorber, yang dihembuskan melalui adsorber untuk diregenerasi pada tekanan sedikit di atas atmosfer, “pencucian keluar” dari pori-porinya molekul oksigen yang masih tersisa di dalamnya setelah tekanan dilepaskan. Campuran gas yang dihasilkan, yaitu udara dengan kandungan oksigen yang sedikit meningkat, dilepaskan ke atmosfer. Setelah regenerasi selesai, nitrogen terus mengalir ke dalam adsorber selama beberapa waktu, namun dengan katup pelepas tertutup, akibatnya tekanan dalam adsorber naik ke tingkat yang ada dalam sistem. (Sebagai pilihan, misalnya, ditunjukkan pada diagram di atas, desain instalasi dapat menyediakan regenerasi dan pemerataan tekanan selanjutnya bukan dengan memasok nitrogen langsung dari satu penyerap ke penyerap lainnya, tetapi dari tangki penyimpanan nitrogen perantara, yang memerlukan tambahan katup diperkenalkan ke dalam desain generator nitrogen).

Penyerap dalam instalasi adsorpsi secara berkala (sesuai dengan frekuensi regenerasi yang dihitung) berganti peran: penyerap yang berfungsi masuk ke mode regenerasi, dan penyerap yang telah mengalami regenerasi menjadi berfungsi. Metode adsorpsi untuk memperoleh nitrogen disebut juga metode adsorpsi non-pemanasan siklus pendek (SCBA): siklus pendek - karena seringnya perubahan peran penyerap, non-pemanasan - karena regenerasi CMS dilakukan tanpa setiap pemanasan nitrogen yang dihembuskan melaluinya.

Diagram pabrik nitrogen yang beroperasi berdasarkan prinsip CCBA

Generator nitrogen adsorpsi relatif murah baik dari segi investasi modal dan pemeliharaan, kompak, sederhana dalam desain dan pemeliharaan. Pabrik adsorpsi mampu menghasilkan nitrogen dalam jumlah kecil dan menengah, dan, seperti jalur kriogenik, memungkinkan, jika perlu, memperoleh nitrogen dengan kemurnian tinggi - hingga 99,999% atau lebih. Namun, berbeda dengan pabrik kriogenik, di mana produksi nitrogen dengan kemurnian rendah tidak pernah menguntungkan, dengan bantuan generator nitrogen adsorpsi, jika kemurnian tertinggi tidak diperlukan, dimungkinkan untuk memperoleh nitrogen dengan kemurnian rendah - 99,99%. ..99.9% ..99% dan seterusnya hingga nitrogen “kotor” dengan kemurnian 95% - dalam hal ini, instalasi nitrogen tipe adsorpsi, yang disesuaikan untuk menghasilkan nitrogen dengan kemurnian lebih rendah, akan memiliki produktivitas lebih besar daripada instalasi yang sama, tetapi disesuaikan untuk menghasilkan gas yang lebih murni; Nilai konsumsi udara tekan dari instalasi udara tekan juga berubah. Kisaran produktivitas yang luas dan kemungkinan kemurnian nitrogen yang dihasilkan juga menentukan keragaman penerapan generator nitrogen adsorpsi - model laboratorium dapat ditemukan di lembaga ilmiah dan laboratorium perusahaan, dan unit besar memasok nitrogen ke produksi makanan, elektronik, skala besar. produksi minyak, ekstraksi minyak dan industri lainnya.

Produksi nitrogen menggunakan metode pemisahan udara membran

Dinding membran dengan mudah memungkinkan molekul O2 melewatinya, tetapi N2 tidak

Semua metode dasar produksi nitrogen yang sebenarnya dapat digunakan untuk tujuan praktis didasarkan pada penguraian udara atmosfer. Di atas kami menjelaskan secara singkat prinsip operasi pabrik adsorpsi untuk memproduksi nitrogen. Selain itu, ada instalasi membran berdasarkan apa yang disebut. modul pemisahan udara membran, yaitu wadah, biasanya berbentuk silinder, di dalamnya terdapat banyak serat “pasta” yang terbuat dari bahan polimer khusus - polimida, polisulfon, polifenil oksida - ditempatkan secara paralel. Udara terkompresi disuplai ke saluran masuk modul membran, dari mana ia didistribusikan secara merata ke semua serat individu, memasuki sisi dalamnya. Dinding serat adalah membran dengan susunan pori-pori asimetris, tempat molekul air H 2 O, hidrogen H 2 dan helium He berdifusi secara istimewa, yaitu lebih cepat dan mudah, ke sisi luar serat. Molekul oksigen, serta karbon dioksida CO 2, menembus dinding dengan kecepatan rata-rata. Sebaliknya, molekul nitrogen, serta argon dan karbon monoksida CO, sebagian besar tetap berada di bagian dalam membran dari zat yang biasanya terkandung di udara. Seperti halnya tanaman adsorpsi nitrogen, dalam proses produksi nitrogen dengan metode membran juga dilakukan pengeringan.

Membran sangat sensitif terhadap kontaminasi, terutama terhadap oli kompresor. Modul membran dari sebagian besar (tetapi tidak semua) produsen juga memerlukan, untuk pengoperasian yang efisien, pemanasan khusus dari udara bertekanan yang masuk ke saluran masuknya. Namun, pabrik membran untuk memproduksi nitrogen, secara umum, biasanya masih memiliki desain yang lebih sederhana dibandingkan pabrik yang beroperasi berdasarkan prinsip adsorpsi siklus tekanan: misalnya, pabrik CCBA memerlukan setidaknya 2 katup masuk (biasanya dengan penggerak elektromagnetik) untuk menghasilkan nitrogen. memulai udara terkompresi ke dalam satu atau beberapa penyerap, 2 katup serupa untuk menghilangkan tekanan dari penyerap yang sama dan, jika disediakan oleh desain, 2 atau lebih katup untuk mengalirkan nitrogen dari tangki penyimpanan perantara kembali ke penyerap untuk pembersihan regenerasinya dan pemerataan tekanan selanjutnya. Generator nitrogen membran tidak memiliki semua katup ini.

Masukan ke dalam serat membran untuk pelepasan nitrogen

Sayangnya, prinsip desain pabrik membran untuk produksi nitrogen dan sifat bahan membran yang ada saat ini tidak memungkinkan produksi nitrogen dengan kemurnian tinggi. Dalam praktiknya, generator nitrogen membran yang diproduksi secara industri dibatasi hingga batas maksimum sekitar 99,5%.