انتاج الاوكسجسين والنتروجين:

يجرى انتاج الاكسجين والنتروجين ، بصورة رئيسة ، عن طريق إسالة الهواء وتكريره . اما انتاج الاكسجين بواسطا التفكك بالتحلل الكهربائي للماء فقليل الاهمية . الهواء مزج من مواد عديدة ، ثمان منها توجد بتركز لا متغير ، وتتمتع سبع منها بأهمية تجارية . يبين الجدول 1‏-1 ‏المقومات الرئيسية للهواء وخواصه . ويوضح المخطط في الصورة 7‏-5 ‏انتاج الاكسجين من الهواء بنقاوة عالية بواسطة المعالجة القرية . يضغط الهواء بعد الترشيح والتبريد الى ما يقرب من 520 kpa ‏في ضاغط بقوه الطرد المركزي . وبعد فصل كل الماء السائل ، يدخل الهواء الى المبادل العاكس للحرارة ، فيبرد الى قرب نقطة التكاثف (درجة الندى) في المبادل الحرارى بالتيار المعاكس مع المنتجات الغازية المنصرفة . وعندما يبرد الهواء ، تتكثف الرطوبة اولا وتتجمد على جدران مجرى المبادل الحراري . يتجمد عند درجات الحرارة المنخفضة ثاني اكسيد الكربون ويترسب ايضا على الجدران في مجرى المبادل الحراري. يكون الهواء الخارج من المبادل العاكس للحرارة جافاً تماماً وفصل منه اكثر من 99 % ‏من ثاني اكسد الكربون الموجود . يستخدم الامتزاز بالسرير الثابت للطور الغازي لإزالة بقية ثاني اكسيد الكربون ، والاهم من ذلك ، ازالة الهيدروكربونات التي تدخل مع الهواء والتي ستكون خطرة مع وجود الاكسجين السائل . وبعدئذ يلقم الهواء المنظف الى اسفل الصينية في اسفل العمود لجهاز اعادة التقطر ذي العمودين . ويظهر هذا بشكل اوضح في الصورة ادناه ‏.

‏يتألف جهاز اعادة ‏التقطير ذي العمودين من عمودي تقطر ذي الصواني مرتبطان حرارياً بالمركز بواسطة مبادل حرارى يعمل كمكثف للعمود السفلي وكمرجل لإعادة ‏الغلي للعمود العلوي .

‏الصورة 2 ‏- 1 ‏. مخطط انتاج في وحدة لفصل الهواء في الموقع .

‏وبما ان النتروجين اكثر تطايراً من الاكسجين ، فإنه مصعد كل عمود بينما الاكسجين يهبط . ولهذا يوجد على جانب مرجل إعادة ‏الغلي في العمود العلوى تجمع من الاكسجين السائل الذى مغلي بنقاوة عالية ، في حين يتكثف على جانب المكثف في العمود السفلي النتروجين النقي تقريباَ . وبما ان نقطة الغليان الطبيعية للأكسجين اعلى بـ 12.8‏ مئوية من نقطة غليان النتروجين ، يجب ان يكون الضغط في العمود ‏السفلي مرتفعاً بما يكفي لرفع درجة حرارة تكثيف النتروجين الى درجة تكفي لتأمين قوه حرارية دافعاً ايجابية في المكثف الرئيسي . يتجزأ النتروجين المتكثف عندما يغادر المكثف الرئيسي ، فيعود جزء منه الى العمود الاسفل كراجع reflux ، ويحول الجزء الثاني الى العمود العلوي عبر المسخن الفوقي super heater ، للاستخدام كراجع أيضاً . يغادر قاع العمود الاسفل تيار سائل غني بالأكسجين ( 35 ‏% ) ، وبعد تبريده دونياً sub cooled في مسخن النتروجين الفوقي ، معمل كتيار تغذية رئيسي للعمود العلوي .

‏الصورة 3-1. تخطيط لعمود لند المزدوج والمكثف الرئيسي .

يعمل المكرر على فصل الهواء السائل الى نتروجين اكثر تطايراً (kbp 77.4 ) واكسجين اقل تطايراً (kbp 77.4‏). (a) تغذية بالهواء البارد عند 582-kpa 651 ‏، (b) سائل الغلاية غني بالأكسجين (% 35 O₂ ‏تقريبا ) : (c) عمود سفلي او ضغط مرتفع ( 582 ‏- 651 kpa ‏) ، (d) صمام خانق لسائل الغلاية ، (e) تغذية سائلية للعمود العلوي ، (f‏) عمود علوي او عمود ضغط منخفض (kpa 183-122) ، (g) سائل الاكسجين المتراكم ، (h) مخرج للأكسجين الناتج ، بنقاوة 99.5 ‏% ، (I) مكثف - مرجل رئيسي زعنفي صفائحي لإعادة الغلي ، (J) النتروجين السائل العائد الى العمود السفلي ، (K‏) النتروجين السائل العائد الى ‏العمود العلوي ، (I) صمام لخنق النتروجين العائد ، (m) مبادل حراري صفيحي - زعنفي ، النتروجين السائل العائد وسائل الغلاية لإنتاج النتروجين ونتروجين الهدر ، (n‏) بخار النتروجين البارد الى المكثف الرئيسي ، (o) هواء بارد مستهلك من عنفة التمدد ، (p) غاز النتروجين الناتج البارد ، (q) نتروجين مهدور بارد.

‏يجري أولاً تبريد التيارين السائلين اللذين يدخلان العمود العلوي لتخفيف التبخير الفجائي flashing عند خنقهما الى اخفض ضغط في هذا العمود . يزال ناتج الاكسجين كبخار مشبع من المكثف الرئيسي ، ويزال الناتج النتروجيني عالي النقاوة كبخار مشبع من اعلى العمود العلوي . ويزال بقية الغاز على شكل نتروجين مهدور منخفض النقاوة يجري في عدة احواض من اعلى العمود العلوي .

‏يميل ثاني اكسيد الكربون والهيدروكربونات الخفيفة الى التراكم في الاكسجين السائل في المكثف الرئيسي . وتزال هذه المقومات عن طريقة اعادة تدوير السائل في المكثف الرئيسي عبر مصيدة امتزاز من جل السليكا لمنع تجمع ثاني اكسيد الكربون والهيدروكربونات الخطرة .

‏يسخن تيارا النتروجين وتيار الاكسجين بإفراط الى ما يقرب من 100 K ‏في مسخناتها الفوقية ، وتنقل الى المبادلات العاكسة للحرارة لتسخينها الى درجة حرارة المحيط في المبادل الحراري مع الهواء الداخل . يسخن النتروجين ذي النقاوة العالية والاكسجين ذي النقاوة العالية في ممرات منفصلة لاعكوسة ، بينما يتدفق نتروجين الهدر عبر الممرات المتعاكسة دورياً مع ممرات الهواء . وهكذا يتدفق النتروجين المهدور فوق ثاني اكسيد الكربون الصلب فتتجمد الرطوبة وتفصل من الهواء مما يؤدي لتصعيد الرواسب في تيار النتروجين المهدور ويتم اخراجها من المبادل الحراري . يضمن التعاكس الدوري للهواء وممرات نتروجين الهدر بقاء المبادل الحراري في شروط تشغيل نظيفة .

‏ولكي يتغلب التبريد على الانبعاث الحراري للعملية يزود بوحدة تمديد لقسم من التيار الهوائي بواسطة عنفة تمددية تعمل بقوة الطرد المركزي . مثالياً ، هذه معالجة تساوي الانتروبية isentropic process التي تخفض+ المحتوى الحراري في الهواء المتمدد وتطرح الطاقة من العملية عبر عمود ادارة العنفة . يمكن استرجاع عمل فعال بربط مولد كهربائي مثل بعمود ادارة العنفة . يسحب هواء نظيف بارد من اجل العنفة في اتجاه مجرى تيار جهاز الامتزاز ويعاد تسخينه في ممر منفصل في المبادل الحراري العاكس الى درجة حرارة تناسب ادخاله الى العنفة . وتعمل اعادة التسخين ايضا على ضبط النموذج الحراري للمساعدة في المحافظة على نظافة تشغيل المبادل الحراري العاكس . يلقم الهواء المنفلت من العنفة الى الصينية المناسبة في العمود العلوي .

‏تكون المبادلات الحرارية عادة من صفائح ذات زعانف من الالمنيوم والنحاس . وقد تكون صواني التقطير مثقبة او صينية من اكواب الفقاقيع bubble cap ‏. ومادتها الانشائية هي . خلائط الالومنيوم ، والستانلس ستيل ، والنحاس . تجمع كافة المعدات ذات الحرارة المنخفضة ، مع شبكة انابيب ، في صندوق بارد واحد او اكثر وتعزل بشدة بمواد غير قابلة للاشتعال.

‏يجري انتاج بعض الاكسجين بالمعالجة الامتزازية اللاقريّة بالضغط الاهتزازي باستخدام منخل جزيئي كمادة مازّة لفصل الاكسجين من الهواء المضغوط عند درجة حرارة المحيط . نحصل بهذه المعالجة على اكسجين تتراوح نقاوته من 90 ‏- 95 ‏% باستطاعة 1-60 ‏طن / يوم . تغني هذه المعالجة البسيطة عن الحاجة الى المعدات القرّية ، واجهزة تجفيف التغذية ، ومسخنات التوليد ، والمعدات الملازمة ، وكلفة الصيانة .

‏تستخدم في المعالجة الامتزازية بالضغط الاهتزازي ثلاثة اوعية . وفي التشغيل ، يعمل كل وعاء بين مرحلتين : الامتزاز او التنشيط . فبينما يقوم احد الاوعية بالامتزاز ، يقوم الاخران بالتوليد ، كما نرى في الصورة 4 ‏- 1 ‏.

‏وعندما يبلغ وعاء الامتزاز حدود طاقته لامتزاز الشوائب تحول التغذية بالهواء المضغوط اليا الى وعاء اخر . وعندئذٍ يبدأ الوعاء الاول دورته التوليدية ، التي تنجز على ثلاث مراحل متتالية : ازالا او تخفيض الضغط ، والتنظيف بالأكسجين الناتج ، واعادة الضغط جزئيا ، فيصبح الوعاء بعد هذا جاهزا من جديد لمرحلة الامتزاز .

‏تفصل الشوائب اثناء تخفيض الضغط ومراحل التنظيف وتطرح الى الجو . يكتمل التنشيط عند الضغط الجوي . الامتزاز والتنشيط يتمان اليان ويعتمدان في التشغيل فقط على الاهتزازات الضغطية . لا حاجة للتسخين او التبريد المكلف . يتم التحكم بالدارة وبتدفق المنتج عن طريق اجهزة التوقيت الالية ومفاتيح الضغط والمرحلات relays .

‏الصورة 4‏-1 ‏. مخطط توليد الاكسجين بالمعالجة الامتزازية بالضغط الاهتزازي " الاوكسيسيف " بونيون كربيد .