Bilgiseller / Gemi makineleri ve enerji
Membranlı azot üretimi: saflık, geri kazanım ve basınçlı hava ihtiyacı
Seçici geçirgenliği izleyin, ürün saflığını azot geri kazanımından ayırın ve iki varsayımsal saflık/debi noktasının basınçlı hava yükünü hesaplayın.
Bu sayfada
Membranlı azot üreticisi oksijeni azota dönüştürmez. Basınçlı havayı azotça zengin ürün ile daha hızlı geçen türlerin bulunduğu akışa ayırır. Bir miktar azot da bu ikinci akışla kaybolur; bu yüzden ürün saflığı ve azot geri kazanımı farklıdır. Membran modülünün elektrik ihtiyacı küçük olsa bile toplam enerjiyi besleme kompresörü belirleyebilir.
Seçici geçiş iki çıkış akışı oluşturur
Tipik içi boş lif düzeninde basınçlı hava lif boyunca ilerlerken hızlı geçen gazlar duvarı aşar. Lif içinde kalan retentat azotça zengindir; geçen permeat daha kolay geçen türlerce zenginleşir. Süreç yalnız belirli molekül boyutunu geçiren mekanik delik eleğine değil, çözünme/difüzyon davranışına ve kısmi basınç farklarına bağlıdır.
Parker membran açıklaması içi boş lif, retentat ve permeat yollarını tanımlar. Kavramsal tür akısı Ji = Πi Δpi yazılabilir; Πi uygun tanımlı geçirgenlik katsayısı, Δpi kısmi basınç itici farkıdır. Sıcaklık, basınç ve bileşim performansı etkiler. Bu ifade tek başına modül boyutlandırma denklemi değildir.
Saflık, ürün verimi ve geri kazanımın paydaları farklıdır
F besleme mol debisi, P ürün, W permeat olsun. Kaçaksız kararlı durumda F = P + W olur. Besleme, ürün ve permeat azot mol oranları z, x, y ise azot dengesi Fz = Px + Wy olur. Ürün saflığı x, ürün verimi P/F, azot geri kazanımı Px/(Fz) olur. Permeat/besleme olarak tanımlanan kademe kesri W/F değeridir.
Her yüzde bu tanımla verilmelidir. Ürünün %99 azot olması besleme azotunun %99’unun geri kazanıldığını göstermez. Kaliteli fakat küçük ürün akışı önemli azotu permeatla atabilir. Ürün çekişini artırmak ise modül ve çalışma noktasına bağlı olarak verimi artırırken üründe daha çok oksijen bırakabilir.
Saflık cihazının gerçekte neyi ölçtüğünü belirtmek
Birçok sistem kaliteyi artık oksijen üzerinden değerlendirir. Gerçek havada argon ve başka türler de vardır; “%100 eksi oksijen” mutlaka moleküler N2 oranı değildir. Atlas Copco, argonun yavaş geçtiğini ve azotça zengin akışta kalabildiğini açıklar. Uygulama saflığı belirli artık-oksijen yaklaşımıyla tanımlayabilir; bu açıkça yazılmalıdır.
Aşağıdaki hesapta argon ve diğer türlerin çıkarıldığı, kuru %79 N2 ve %21 O2 içeren ikili besleme kullanılır. Yalnız bu modelde azot oranı tam olarak bir eksi oksijen oranıdır. Bütün normal hacim debileri 0°C ve 1,01325 bar mutlak basınçta ideal gaz referansını paylaşır; dolayısıyla mol debisiyle orantılıdır. Bunlar basınçlı borudaki gerçek hacimler değildir.
Sayısal örnek: %99 ürün, %50,13 azot geri kazanımı
F = 100 Nm³/h ve x = 0,99 saflıkta varsayımsal P = 40 Nm³/h ürün seçilsin. Besleme azotu ortak referansta 100 × 0,79 = 79 Nm³/h olur. Ürün azotu 40 × 0,99 = 39,6 Nm³/h; permeat 60 Nm³/h ve içerdiği azot 79 − 39,6 = 39,4 Nm³/h olur.
Permeat azot oranı 39,4/60 = 0,65667, oksijen oranı 0,34333’tür. Azot geri kazanımı 39,6/79 = %50,13; ürün verimi %40; kademe kesri %60 olur. Aynı varsayılan noktada %99 saflık, %50,13 geri kazanım ve %40 ürün verimi birlikte doğrudur. İki türün çıkış dengesi de kapanır.
Daha saf nokta aynı ürün için daha fazla hava isteyebilir
Aynı 100 Nm³/h beslemede ikinci varsayımsal nokta, %99,9 N2 saflıkta 25 Nm³/h ürün olsun. Bu debi ödünleşmeyi göstermek için seçilmiştir; yalnız saflıktan tahmin edilmez. Ürün azotu 24,975 Nm³/h, permeat 75 Nm³/h ve permeat azotu 54,025 Nm³/h olur. Geri kazanım 24,975/79 = %31,61; ürün verimi %25 ve kademe kesri %75’tir.
İlk varsayılan verimde 80 Nm³/h ürün için 80/0,40 = 200 Nm³/h besleme gerekir. İkincide 80/0,25 = 320 Nm³/h gerekir. Gerçek üretici eğrisi, belirli basınç, sıcaklık ve modül düzenindeki erişilebilir birleşimi göstermelidir. Air Products gemi sistemi verisi farklı saflıklarda farklı kapasite verir; kaliteden bağımsız tek kapasite yoktur.
Hava ihtiyacını doğru enerji sınırına çevirmek
Belirtilen besleme koşullarında bütün hava sıkıştırması normal metreküp başına 0,11 kWh gerektirsin. Bu varsayımsal özgül enerji karşılaştırmada sabit tutulur. İlk 80 Nm³/h ürün durumu 200 × 0,11 = 22,0 kW; ikinci 320 × 0,11 = 35,2 kW gerektirir.
Ürün hacmi başına kompresör enerjisi 22/80 = 0,275 kWh/Nm³ ve 35,2/80 = 0,440 kWh/Nm³ olur. Ayrı kurutucu, ısıtıcı, ürün yükseltici kompresörü veya kontrol enerjisi, varsayılan 0,11 değerine dahil değilse bu sonuçların dışındadır. Membran kabininin elektrik etiketi, önceki kompresör işini temsil etmez. Gerçekte özgül kompresör enerjisi basınç, kısmi yük ve arıtma basınç kaybıyla da değişir.
Besleme kalitesi ayırma yüzeyini korur
Sıvı su, yağ aerosolleri veya buharı ve parçacıklar, belirtilen kaliteyi aşarsa membrana zarar verebilir. Filtreleme, ayırma, tahliye ve gereken kurutma/ısıtma seçilen modülle eşleşmelidir. Tek genel kurutucunun daima gerekli olduğu veya suyun hızlı geçmesinin her ıslak beslemeyi kabul edilebilir yaptığı varsayılmamalıdır.
Parker düzeninde birleştirici filtre ve aktif karbon ön arıtması bulunur. Görevleri farklıdır; yalnız parçacık filtresi yağ buharı kontrolünü kanıtlamaz. Elemanın varlığı kadar basınç kaybı ve durumu da incelenir. Hava kalite sınıfı ve değişim ölçütü ikili dengeden değil, belirli üreticiden gelir.
Basınç, sıcaklık ve geçiciler yararlı teslimi etkiler
Besleme basıncı artışı ayırmanın itici farkını büyütebilir; fakat sıkıştırma işini de artırır ve modül sınırında kalmalıdır. Ürün karşı basıncı ve permeat basıncı gerçek kısmi basınç farklarını etkiler. Sıcaklık geçirgenlik ve seçiciliği değiştirir; kapasite düzeltmesi genel katsayı yerine üreticinin tanımlı temeline dayanmalıdır.
Başlatma veya talep adımında basınç ve oksijen hemen gerekli düzeye gelmeyebilir. Ürün izleme, varsa uygunsuz ürünü başka yola verme, alıcı tank kapasitesi ve aşağı akış talebi teslim değerlendirmesine dahildir. Kaçak hattın öncesindeki saflık okuması kullanım noktasının oksijenini belirlemez.
Tam şartname iki çıkışı ve tüketiciyi kapsar
Ürün debisi, artık oksijen veya gerçek bileşim temeli, basınç, çiğ noktası, besleme koşulları, geri kazanım/hava ihtiyacı, enerji sınırı ve kullanılabilirlik yazılır. Tank uygulamasında jeneratör saflığı tank atmosferinin gereken duruma geldiğini kanıtlamaz; karışma, yer değiştirme, kaçak ve örnekleme başka sınır oluşturur.
Azotça zengin gaz oksijensiz ortam oluşturabilir; permeat oksijence zengin olabilir. İki akış da tasarlanmış yönlendirme ve havalandırma ister. Güvenlik kokuyla değerlendirilmemeli; normalde atmosfere verilen ayırma akışı sıradan hava sayılmamalıdır. Temel görev, toplam ve tür dengelerini kapatıp gerekli basınçlı havayı sayarken tüketicinin gerçek şartını sağlamaktır.