Der Luftzerlegungsturm ist ein wichtiges Gerät zur Trennung der Hauptgaskomponenten der Luft in Stickstoff, Sauerstoff und andere Edelgase. Der Prozessablauf umfasst hauptsächlich Schritte wie Luftkompression, Vorkühlung, Reinigung, Kühlung und Destillation. Die präzise Steuerung jedes einzelnen Schritts ist entscheidend für die Reinheit und Stabilität der Endgasprodukte. Dieser Artikel bietet eine detaillierte Einführung in den Prozessablauf des Luftzerlegungsturms.
1. Luftkompression und Vorkühlung
Der erste Schritt im Luftzerlegungsprozess ist die Verdichtung der atmosphärischen Luft. Durch mehrere Kompressorstufen wird die Luft auf einen Druck von 5–7 bar komprimiert. Während des Kompressionsprozesses steigt auch die Temperatur der Druckluft an, daher werden Zwischenkühler und Nachkühler eingesetzt, um die Temperatur der Luft zu senken. Um eine Beschädigung des Kompressors durch Luftverunreinigungen zu verhindern, werden Partikel durch Filter aus der Luft entfernt. Die Druckluft wird anschließend zur weiteren Kühlung an das Vorkühlsystem weitergeleitet, typischerweise mit Kühlwasser oder Kältemitteln wie Freon, um die Luft auf ca. 5 °C abzukühlen.
2. Luftreinigung und Dehydration
Nach der Vorkühlung enthält die Luft geringe Mengen Feuchtigkeit und Kohlendioxid. Diese Verunreinigungen können bei niedrigen Temperaturen Eis bilden und Geräte blockieren. Daher muss die Luft gereinigt und entwässert werden. Dieser Prozess nutzt typischerweise Molekularsieb-Adsorptionstürme. Durch regelmäßige Adsorptions- und Regenerationsprozesse werden Wasserdampf, Kohlendioxid, Kohlenwasserstoffe usw. entfernt, um den reibungslosen Ablauf der nachfolgenden Niedertemperaturprozesse zu gewährleisten. Die gereinigte Luft ist sauber und trocken und eignet sich für nachfolgende Kühl- und Trennprozesse.
3. Hauptwärmetauscher kühlt die Luft
Die gereinigte Luft wird im Hauptwärmetauscher durch Tiefkühlung gekühlt. Der Hauptwärmetauscher ist eines der wichtigsten Geräte im Luftzerlegungsprozess. Die Luft im Hauptwärmetauscher unterliegt einem Wärmeaustausch mit dem abgetrennten kalten Stickstoff und Sauerstoff, wodurch ihre Temperatur bis nahe an die Verflüssigungstemperatur sinkt. Die Wärmetauscheffizienz während dieses Prozesses wirkt sich direkt auf den Energieverbrauch und die Reinheit des Endprodukts aus. Typischerweise werden effiziente Aluminium-Lamellenwärmetauscher zur Verbesserung der Wärmetauscheffizienz eingesetzt.
4. Trennprozess im Destillationsturm
Die abgekühlte Luft wird zur Trennung in den Destillationsturm geleitet, wobei die unterschiedlichen Siedepunkte der verschiedenen Luftkomponenten genutzt werden. Bei niedrigen Temperaturen verflüssigt sich die Luft allmählich und bildet flüssige Luft. Diese flüssige Luft gelangt in den Destillationsturm, wo sie mehrfach zwischen Gas- und Flüssigphase interagiert. Im Destillationsturm werden Sauerstoff, Stickstoff und Edelgase wie Argon getrennt. Die Sauerstoffkonzentration steigt am Boden des Turms allmählich an, während Stickstoff oben abgetrennt wird. Durch Destillation können reiner Sauerstoff und Stickstoff mit höherer Reinheit gewonnen werden.
5. Extraktion von Sauerstoff- und Stickstoffprodukten
Die Extraktion von Sauerstoff und Stickstoff ist der letzte Schritt des Luftzerlegungsturms. Flüssiger Sauerstoff und Stickstoff werden im Destillationsturm getrennt und durch Wärmetauscher wieder auf Raumtemperatur erhitzt, um den gewünschten gasförmigen Zustand zu erreichen. Diese Gasprodukte werden weiter in Lagertanks geleitet oder direkt an Verbraucher geliefert. Um die Prozesseffizienz und Produktreinheit zu verbessern, wird manchmal eine Doppelturmstruktur konzipiert, um Argon für die industrielle Nutzung zusätzlich von Sauerstoff und Stickstoff zu trennen.
6. Kontrolle und Optimierung
Der gesamte Luftzerlegungsprozess umfasst ein komplexes Steuerungssystem. Es erfordert eine Echtzeitüberwachung und -anpassung der Kompressions-, Kühl-, Wärmeaustausch- und Trennprozesse, um die Qualität der Endprodukte sicherzustellen. Moderne Luftzerlegungstürme sind typischerweise mit automatisierten Steuerungssystemen ausgestattet. Mithilfe von Sensoren und Steuerungssoftware werden Parameter wie Temperatur, Druck und Durchfluss präzise reguliert, um den Energieverbrauch des Produktionsprozesses und die Reinheit des Gasprodukts zu optimieren.
Der Prozessablauf im Luftzerlegungsturm umfasst mehrere Schritte wie Luftkompression, Vorkühlung, Reinigung, Tiefkühlung und Destillation. Durch diese Prozesse können Sauerstoff, Stickstoff und Edelgase in der Luft effektiv getrennt werden. Die Entwicklung moderner Luftzerlegungsturmtechnologie hat den Trennprozess effizienter und energiesparender gemacht, was für die Anwendung von Industriegasen von großer Bedeutung ist.
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Beitragszeit: 07.07.2025