A levegőleválasztó egységek folyamatárama

A légleválasztó egységek folyamatárama elsősorban több kulcsfázisból áll: légsűrítés, levegőtisztítás, hőcsere és rektifikálás.

Az első szakasz a légsűrítés. A levegő egy légszűrőn keresztül jut be a kompresszorba; A kompresszor a nagy teljesítményű mechanikus szivattyúhoz hasonlóan jelentősen megnöveli a levegő nyomását. Ez azért lényeges, mert az ezt követő szétválasztási folyamatok meghatározott nyomásviszonyok mellett működnek a leghatékonyabban. A sűrített levegő nyomása több, akár több tucat atmoszféra közötti szintet is elérhet.

A sűrített levegő jelentős mennyiségű hőt hordoz, ezért be kell lépnie a levegőtisztítási szakaszba. A levegőtisztítás elsődleges célja, hogy eltávolítsa a sűrített levegőből a szennyeződéseket-, mint például a nedvességet, a szén-dioxidot és a port{2}}. Ha ezeket a szennyeződéseket nem távolítják el, lefagyhatnak vagy eltömíthetik a csővezetékeket a későbbi berendezésen belül, ami megzavarhatja a normál működést. A szokásos tisztítási módszerek közé tartozik a molekulaszita adszorpció és a hűtéses elválasztás. A molekulaszita „szuperabszorbens szivacsként”{6}} működik, amely szilárdan felszívja a nedvességet és a szén-dioxidot; fordítva, a hűtési szétválasztás kihasználja a különböző gázok eltérő cseppfolyósítási pontjait alacsony hőmérsékleten, aminek következtében a speciális szennyeződések először cseppfolyósodnak és válnak ki.

A tisztított levegő ezután a fő hőcserélőbe áramlik. Itt hőcserélő folyamaton megy keresztül, ahol a kriogén gázok kilépnek a rektifikáló oszlopból. A forró levegő átadja hőenergiáját a hideg gázoknak, ezáltal saját hőmérséklete csökken, míg a hideg gázok ezt a hőt elnyelik és a hőmérséklet emelkedik. Ez a folyamat ahhoz hasonlítható, hogy két partner megosztja a meleget, segítve egymást egy megfelelőbb hőmérséklet elérésében. Ezt a hőcserét követően a levegő hőmérséklete drasztikusan lecsökken, így közel kerül a cseppfolyósodási pontjához.

 

Ezután a lehűtött levegő belép a rektifikáló oszlopba. A rektifikáló oszlop a teljes légleválasztó egység magleválasztó elemeként szolgál. Úgy működik, mint egy varázslatos torony, amely képes leválasztani az olyan összetevőket, mint az oxigén és a nitrogén a beáramló légáramból. Az oszlopon belül az oxigén és a nitrogén forráspontbeli különbségének kihasználásával az elválasztást érik el. Mivel a nitrogén forráspontja alacsonyabb, mint az oxigéné, a nitrogén az oszlopon belül emelkedik, miközben az oxigén leszáll. A felszálló nitrogén több rektifikációs és kondenzációs szakaszon megy keresztül, fokozatosan növekszik a tisztasága, míg végül a végtermék nitrogénné válik; hasonlóképpen a leszálló oxigén párhuzamos folyamaton megy keresztül, és a végtermék oxigénné válik. Ezzel párhuzamosan a rektifikációs folyamat során bizonyos mennyiségű argon keletkezik; ezt egy dedikált argonoldali-elszívónyíláson keresztül szívják ki, majd további elválasztásnak és tisztításnak vetik alá, hogy megkapják a végső argonterméket.

A rektifikáló oszlopból kilépő kriogén gáz egy része a fő hőcserélőbe áramlik a hőcsere elősegítése érdekében, míg egy másik része kriogén forrásként szolgál más berendezések hűtésére,-például a légkompresszor közbenső hűtőjeire-, mielőtt visszatérne a rektifikáló oszlopba, hogy újra bekapcsolódjon az elválasztási folyamatba, és ezáltal létrejön a folyamatos ciklus.