Introdução:As unidades de separação de ar permanecem equipamentos críticos em uma ampla gama de aplicações e indústrias.
À medida que a demanda por gases industriais continua a crescer, as unidades de separação de ar (ASUS) fornecem uma maneira confiável e eficiente de produzir gases da pureza necessária. Ao mesmo tempo, o processo de separação de ar é uma maneira econômica de produzir gases de alta pureza em comparação com outros métodos, capaz de ser produzido em grandes quantidades, alcançando assim economias de escala e reduzindo os custos de produção unitária ao longo do tempo. Mas o que exatamente é uma unidade de separação de ar (ASU)? Como funciona? Quais são seus principais aplicativos? A seguir, é apresentado um guia para a Asus com base em nossa experiência em engenharia criogênica e no design e fabricação de tais estruturas.
O que é uma unidade de separação de ar?
Uma unidade de separação de ar (ASU) é uma instalação industrial usada para separar o ar atmosférico em seus principais componentes (ou seja, nitrogênio, oxigênio e, às vezes, argônio e outros gases nobres). Tais unidades normalmente consistem em elementos como compressores de ar, sistemas de purificação de ar, trocadores de calor, sistemas de resfriamento criogênico e colunas de destilação.
Como funcionam as unidades de separação de ar?
Embora as unidades de separação de ar possam executar uma variedade de métodos, a destilação fracionária é a principal tecnologia de separação usada.
O principal princípio de trabalho de uma unidade de separação de ar (ASU) é separar o ar através de um processo de liquefação e destilação. A operação típica de uma unidade de separação de ar é descrita abaixo:
Compressão:
Nesta fase, o ar atmosférico é atraído para a unidade de separação de ar (ASU) e sua pressão é aumentada por uma série de compressores. O objetivo é aumentar a eficiência dos processos subsequentes de resfriamento e separação, e a faixa de pressão típica está entre 5 e 10 barra.
Purificação: Antes de processamento adicional, o ar comprimido é geralmente purificado para remover impurezas (incluindo umidade, dióxido de carbono ou contaminantes de rastreamento). Esta etapa garante que o gás separado seja de alta pureza e evite problemas como congelamento ou entupimento de equipamentos criogênicos.
Resfriamento:
O ar comprimido purificado é resfriado a baixas temperaturas através de uma série de trocadores de calor e ciclos de refrigeração. Como a destilação criogênica depende da diferença nos pontos de ebulição de diferentes componentes, o ar é liquefeito.
Separação:
O ar agora frio e liquefeito é alimentado em uma coluna de destilação (ou série de colunas de destilação) para separar o ar em seus principais componentes com base em diferenças nos pontos de ebulição:
O nitrogênio possui um ponto de ebulição mais baixo (-196 grau ou -321 grau F) do que o oxigênio (-183 grau ou -297 grau F).
Se separado, o argônio possui um ponto de ebulição ainda mais baixo (-186 grau ou -303 grau F).
À medida que o ar sobe na coluna, a temperatura aumenta gradualmente e os diferentes componentes evaporam em seus respectivos pontos de ebulição. Por exemplo, o vapor rico em oxigênio sobe para o topo da coluna, enquanto o líquido rico em nitrogênio se acumula na parte inferior. Se o argônio estiver presente, geralmente é extraído como um subproduto em um ponto intermediário na coluna.
Coleção, armazenamento e entrega:
Os gases separados são coletados e enviados para tanques de armazenamento (tanques de pressão ou tanques criogênicos). Os gases podem ser distribuídos e fornecidos a vários setores e aplicações, dependendo dos requisitos de pureza.
Nessas operações, a operação da unidade de separação de ar é crucial, apresentando uma estreita integração de trocadores de calor e colunas de separação para garantir sua eficiência.
Aplicações da ASU
Assistência médica:
O uso de oxigênio e outros gases técnicos no setor de saúde pode se beneficiar da ASU
Processos industriais:
As unidades de separação de ar fazem parte da tecnologia criogênica usada na indústria para processos como fabricação de metal, produção química e tratamento de águas residuais. Também é usado para produzir gases de alta pureza para processos como fabricação de wafer e fabricação de dispositivos na indústria de semicondutores.
Comida e bebidas:
O nitrogênio faz parte dos chamados "gases de alimentos" e é usado na indústria de alimentos e bebidas para empacotar e preservar produtos.
Produção de energia:
As unidades de separação de ar (ASUS) podem fornecer oxigênio de alta pureza para processos de combustão em usinas de energia e fábricas de aço.
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