Օդի տարանջատում

**Օդի տարանջատում,** մթնոլորտային օդի բաժանում հիմնական բաղադրիչների՝ սովորաբար ազոտի և թթվածնի, երբեմն նաև արգոնի և այլ հազվագյուտ իներտ գազերի:

Օդի բաժանման ամենատարածված մեթոդը մասնակի թորումն է: Կրիոգեն օդի տարանջատման միավորները (ASU) կառուցված են ազոտ կամ թթվածին ապահովելու համար և հաճախ համատեղ արտադրում են արգոն: Այլ մեթոդներ, ինչպիսիք են թաղանթը, ճնշման տատանումների կլանումը (PSA) և վակուումային ճնշման տատանումների կլանումը (VPSA), կոմերցիոնորեն օգտագործվում են մեկ բաղադրիչը սովորական օդից առանձնացնելու համար: Բարձր մաքրության թթվածինը, ազոտը և արգոնը, որոնք օգտագործվում են կիսահաղորդչային սարքերի արտադրության համար, պահանջում են կրկնակի թորում: Նմանապես նաև հազվագյուտ գազերի նեոնի, կրիպտոնի և քսենոնի միակ կենսունակ աղբյուրը օդի թորումն է առնվազն երկու թորման սյուների միջոցով: Հելիումը նույնպես վերականգնվում է օդի տարանջատման առաջադեմ գործընթացներում։

## Կրիոգենիկ թորման գործընթաց

Մաքուր գազերը կարելի է առանձնացնել օդից՝ նախ սառեցնելով այն մինչև հեղուկանալը, այնուհետև բաղադրիչները ընտրովի թորելով տարբեր եռման ջերմաստիճանում: Գործընթացը կարող է արտադրել բարձր մաքրության գազեր, բայց էներգատար է: Այս գործընթացը ստեղծվել է Կարլ ֆոն Լինդի կողմից 20-րդ դարի սկզբին՝ 1895 թվականին և մինչ օրս օգտագործվում է բարձր մաքրության գազեր արտադրելու համար։ Այս գործընթացը մնաց ակադեմիական շուրջ յոթ տարի, մինչև այն 1902 թվին առաջին անգամ ստացավ արդյունաբերական կիրառություն։

Կրիոգենիկ տարանջատման գործընթացը պահանջում է ջերմափոխանակիչների և տարանջատման սյուների խիստ ինտեգրում լավ արդյունավետություն ստանալու համար, իսկ սառեցման համար ողջ էներգիան տրամադրվում է ագրեգատի մուտքի օդի սեղմման միջոցով:

Թորման ցածր ջերմաստիճաններին հասնելու համար օդի բաժանման կայանը պահանջում է սառեցման ցիկլ, որն աշխատում է Ջուլ-Թոմսոնի էֆեկտի միջոցով, իսկ սառը սարքավորումները պետք է պահվեն մեկուսացված խցիկի մեջ (սովորաբար կոչվում է «սառը տուփ»): Գազերի սառեցումը պահանջում է մեծ քանակությամբ էներգիա՝ այս սառեցման ցիկլը գործելու համար և մատակարարվում է օդային կոմպրեսորով: Ժամանակակից ASU-ները սառեցման համար օգտագործում են ընդարձակման տուրբիններ։ Էքսպանդերի ելքը օգնում է օդային կոմպրեսորը վարել ավելի արդյունավետ: Գործընթացը բաղկացած է հետևյալ հիմնական քայլերից․

# Սեղմումից առաջ օդը նախապես զտվում է փոշուց:
# Օդը սեղմվում է այնտեղ, որտեղ առաքման վերջնական ճնշումը որոշվում է արտադրանքի վերականգնումներով և ագրեգատային վիճակով (գազ կամ հեղուկ): Տիպիկ ճնշումները տատանվում են 5-ից 10 բարի միջև: Օդի հոսքը կարող է նաև սեղմվել տարբեր ճնշումների տակ՝ ASU-ի արդյունավետությունը բարձրացնելու համար: Սեղմման ընթացքում ջուրը խտացվում է միջփուլային հովացուցիչներում:
# Գործընթացի օդը սովորաբար անցնում է մոլեկուլային մաղի միջով, որը հեռացնում է մնացած ջրի գոլորշին, ինչպես նաև ածխածնի երկօքսիդը, որը սառեցնում և խտացնում է կրիոգեն սարքավորումը: Մոլեկուլային մաղերը հաճախ նախագծված են օդից ցանկացած գազային ածխաջրածին հեռացնելու համար, քանի որ դրանք կարող են խնդիր լինել օդի հետագա թորման ժամանակ և հանգեցնել պայթյունների։ 
# Գործընթացի օդը անցնում է ինտեգրված ջերմափոխանակիչով և սառչում: Օդի մի մասը հեղուկանում է՝ առաջացնելով թթվածնով հարստացված հեղուկ։ Մնացած գազն ավելի հարուստ է ազոտով և թորվում է մինչև գրեթե մաքուր ազոտի՝ (սովորաբար < 1ppm) բարձր ճնշման (HP) թորման աշտարակում: Այս աշտարակի կոնդենսատորը պահանջում է սառեցում, որը ձեռք է բերվում թթվածնով հարուստ հոսքի ընդարձակման միջոցով։
# Որպես այլընտրանք, կոնդենսատորը կարող է սառեցվել ցածր ճնշման (LP) թորման սյունակում կաթսայի հետ ջերմության փոխանակման միջոցով(աշխատում է 1,2-1,3 բար աբս.), երբ ASU-ն արտադրում է մաքուր թթվածին: Սեղմման ծախսերը նվազագույնի հասցնելու համար HP/LP սյուների համակցված կոնդենսատորը պետք է աշխատի ընդամենը 1-2 Կ ջերմաստիճանի տարբերությամբ, ինչը պահանջում է թիթեղներով հյուսված ալյումինե ջերմափոխանակիչներ: Տիպիկ թթվածնի մաքրությունը տատանվում է 97,5%-ից մինչև 99,5% և ազդում է թթվածնի առավելագույն վերականգնման վրա: Հեղուկ արտադրանքի արտադրության համար պահանջվող սառեցումը ձեռք է բերվում ընդարձակիչում Ջուլ-Թոմսոնի էֆեկտի միջոցով: Օդի որոշակի հատված չի ենթարկվում բաժանման և դուրս է գալիս ցածր ճնշման սյունից՝ որպես թափոնների հոսք իր վերին հատվածից:
# Քանի որ արգոնի եռման կետը (87,3 Կ ստանդարտ պայմաններում) գտնվում է թթվածնի (90,2 Կ) և ազոտի (77,4 Կ) եռման կետի միջև, արգոնը կուտակվում է ցածր ճնշման սյունակի ստորին հատվածում: Երբ արգոնը արտադրվում է, գոլորշիների կողային քաշը վերցվում է ցածր ճնշման սյունից, որտեղ արգոնի կոնցենտրացիան ամենաբարձրն է: Այն ուղարկվում է մեկ այլ հատված՝ մինչև արգոնի ցանկալի մաքրությունը, որից հետո հեղուկը վերադարձվում է նույն LP վայրը: Թեև արգոնն առկա է մուտքի 1%-ից պակասում, սակայն օդային արգոնի սյունը պահանջում է զգալի քանակությամբ էներգիա՝ պայմանավորված արգոնի սյունում պահանջվող բարձր ռեֆլյուքսային հարաբերակցությամբ (մոտ 30): Արգոնի սյունի սառեցումը կարող է իրականացվել սառը ընդրձակված հեղուկից կամ հեղուկ ազոտից:
# Ի վերջո, գազի տեսքով արտադրված արտադրանքը տաքացվում է մինչև շրջակա միջավայրի ջերմաստիճանը: Սա պահանջում է մանրակրկիտ մշակված ջերմային ինտեգրում, որը պետք է լինի կայուն խանգարումների դեմ։ Գործարկման ընթացքում կարող է պահանջվել նաև լրացուցիչ արտաքին սառեցում:

Առանձնացված արտադրանքը երբեմն խողովակաշարով մատակարարվում է արտադրական գործարանի մոտ գտնվող խոշոր արդյունաբերական օգտագործողներին: Արտադրանքի միջքաղաքային փոխադրումն իրականացվում է մեծ քանակությամբ հեղուկ արտադրանքի առաքմամբ կամ փոքր քանակությամբ որպես շշերոն կամ գազի բալոններով:

## Ոչ կրիոգեն պրոցեսներ

Ճնշման տատանումների կլանումը ապահովում է օդից թթվածնի կամ ազոտի անջատում առանց հեղուկացման: Գործընթացը իրականանում է շրջակա միջավայրի ջերմաստիճանի պայմաններում։ Զեոլիտը (մոլեկուլային սպունգ) ենթարկվում է բարձր ճնշման օդի, այնուհետև օդը բաց արձակվում է ցանկալի գազի կլանվաման թաղանթ: Կոմպրեսորի չափը զգալիորեն կրճատվում է հեղուկացման գործարանի համեմատ, և շարժական թթվածնի կոնցենտրատորները պատրաստվում են այս ձևով, որպեսզի ապահովեն թթվածնով հարստացված օդը բժշկական նպատակներով: Նմանատիպ գործընթաց է վակուումային ճնշման տատանումների կլանումը, արտադրանքի գազը առաջանում է ցեոլիտից ենթամթնոլորտային ճնշման տակ:

Մեմբրանային տեխնոլոգիաները կարող են ապահովել օդի անջատման այլընտրանքային, ավելի ցածր էներգիայի մոտեցումներ: Օրինակ, մի շարք մոտեցումներ են ուսումնասիրվում թթվածնի առաջացման համար: Պոլիմերային թաղանթները, որոնք աշխատում են շրջակա միջավայրի կամ տաք ջերմաստիճանում, կարող են արտադրել թթվածնով հարստացված օդ (25-50% թթվածին): Կերամիկական թաղանթները կարող են ապահովել բարձր մաքրության թթվածին (90% կամ ավելի), սակայն գործելու համար պահանջվում է ավելի բարձր ջերմաստիճան (800-900 ° C): Այս կերամիկական թաղանթները ներառում են իոնային տրանսպորտային թաղանթներ (ITM) և թթվածնի տեղափոխման մեմբրաններ (OTM): 

Գազի մեմբրանային բաժանումը օգտագործվում է թթվածնով աղքատ և ազոտով հարուստ գազեր ստանալու համար, որոնք լցնում են ռեակտիվ վառելիքի բաքերը՝ զգալիորեն նվազեցնելով պատահական հրդեհների և պայթյունների հավանականությունը: Ներկայումս գազի մեմբրանային բաժանումը օգտագործվում է թթվածնով հարստացված օդ ապահովելու օդաչուներին, որոնք թռչում են մեծ բարձրություններում օդանավերում առանց ճնշման խցիկների:

Թթվածնով հարստացված օդը կարելի է ստանալ՝ օգտագործելով թթվածնի և ազոտի տարբեր լուծելիությունը: Թթվածինը ջրում ավելի լուծվող է, քան ազոտը, հետևաբար, եթե օդը գազազերծվի ջրից, կարող է ստացվել 35% թթվածին։

## Կիրառություն
### Հրթիռավարություն
Հեղուկ թթվածնի արտադրություն, օրինակ SpaceX ընկերության համար։

### Բժշկական
Մաքուր թթվածինը մատակարարվում է մեծ հիվանդանոցներ՝ հիվանդների օգտագործման համար:

### Պողպատի արտադրություն
Պողպատի արտադրության մեջ թթվածինը պահանջվում է թթվածնային պողպատի արտադրության հիմնական գործընթացի համար: Ժամանակակից թթվածնային պողպատի արտադրության համար օգտագործվում է գրեթե երկու տոննա թթվածին՝ մեկ տոննա պողպատի համար։

### Ամոնիակ
Ազոտն օգտագործվում է Հաբերի պրոցեսում՝ ամոնիակ պատրաստելու համար

### Ածխաթթու գազ
Ածխի գազիֆիկացման նախագծերի համար պահանջվում է մեծ քանակությամբ թթվածին։ Որոշ նախագծերում օգտագործում են կրիոգեն բույսեր, որոնք արտադրում են 3000 տոննա/օր։

### Իներտ գազ
Նավերի, ազոտի պահեստավորման տանկերի և նավթամթերքի տանկերի կամ սննդի յուղի արտադրության մեջ՝ օքսիդացումից պաշտպանելու համար:

## Ծանոթագրություններ

Կատեգորիա:Գազային տեխնոլոգիաներ
Կատեգորիա:Գազեր
Կատեգորիա:Ջերմադինամիկական պրոցեսներ
Կատեգորիա:Ցածր ջերմաստիճանների ֆիզիկա
Կատեգորիա:Քիմիական պրոցեսներ
Կատեգորիա:Օդ