O equipamento-de separação de ar em baixa temperatura geralmente consiste em quatro seções principais: compressão de ar e refrigeração por expansão; remoção de umidade e impurezas do ar; troca de calor, resfriamento e liquefação do ar; retificação e separação de ar; e recuperação a frio e compressão de produtos-de baixa temperatura. Diferentes combinações de métodos e equipamentos em cada seção resultam em processos diferentes.
(1) Classificação por Método de Refrigeração
Por pressão de trabalho:Processos de alta-pressão, média-pressão e baixa-pressão.
Processo de alta-pressão:A pressão operacional atinge 10,0–20,0 MPa. A capacidade de refrigeração depende inteiramente do efeito de estrangulamento sem a necessidade de uma máquina de expansão. Possui operação simples e é adequado apenas para pequenos geradores de oxigênio ou geradores de nitrogênio líquido.
Processo de-pressão média:A pressão operacional varia de 1,0 a 5,0 MPa. Para unidades de separação de ar pequenas, devido à alta perda específica de frio, é necessária uma maior capacidade específica de refrigeração para equilibrá-la, exigindo assim maior pressão de trabalho. A capacidade de refrigeração depende principalmente da máquina de expansão, embora o efeito de estrangulamento também contribua significativamente.
Processo-de baixa pressão:A pressão de trabalho está próxima da pressão inferior da coluna. Atualmente é o processo mais aplicado, apresentando baixo consumo específico de energia.
Por tipo de máquina de expansão:Tipo de pistão, tipo turbo e tipo turbo-assistido por reforço.
Máquina de expansão de pistão:Pequeno volume de expansão e baixa eficiência, usado apenas em algumas unidades antigas de-escala.
Máquina de expansão turbo:Alta eficiência e mais amplamente aplicada. Para unidades de separação de ar de baixa-pressão, uma vez que o ar expandido entra na coluna superior para retificação, é desejável minimizar o volume de expansão enquanto atende aos requisitos de refrigeração para melhorar a eficiência da separação de retificação.
Máquina de expansão turbo-assistida por Booster:Utiliza o trabalho de saída da máquina de expansão para acionar um compressor booster que comprime o ar de expansão do compressor de ar para uma pressão mais alta antes de fornecê-lo à máquina de expansão, aumentando assim a capacidade de refrigeração da unidade e reduzindo o volume de expansão. Isso é cada vez mais aplicado em novos processos de separação de ar de baixa-pressão.
Por Gás de Expansão:Processo de expansão de ar e processo de expansão de nitrogênio.
O ar expandido que entra na coluna superior afeta a retificação.
A expansão do nitrogênio reduz a condensação do nitrogênio no condensador principal, ou seja, diminui a entrada do líquido de refluxo na coluna superior, afetando também a retificação da coluna superior.
Ambos têm suas respectivas vantagens e desvantagens.
(2) Classificação por Método de Purificação
Método de congelamento para remoção de umidade e CO₂:Durante o resfriamento do ar, a umidade e o CO₂ precipitam e congelam dentro dos canais do trocador de calor. Após um certo período, os canais são trocados e as impurezas congeladas são removidas pelo gás nitrogênio residual de retorno. Dependendo do tipo de trocador de calor, ele é dividido em regeneradores e trocadores de calor comutáveis de placas-de aletas. Este método envolve operações de comutação frequentes, procedimentos de inicialização complexos, altos requisitos técnicos e um ciclo operacional de aproximadamente um ano.
Processo de purificação de adsorção por peneira molecular:Antes de entrar no trocador de calor principal, o ar já é purificado por adsorventes. O longo ciclo de comutação dos adsorvedores simplifica bastante a operação. O volume do produto de nitrogênio puro não é mais limitado pela necessidade de fluxo de gás de retorno. O ciclo operacional pode chegar a dois anos ou mais e atualmente vem recebendo aplicação cada vez mais ampla.
(3) Classificação por Método de Separação
A separação-do ar em baixa temperatura depende do processo de retificação dentro da coluna de retificação.
Por tipo de produto:Processos que produzem produtos únicos de alta-pureza, produtos duplos de alta-pureza, extração simultânea de produtos de argônio ou extração completa de gases raros, etc.
Por Equipamento de Retificação:Colunas de bandejas de peneira e colunas de embalagem estruturadas, etc.
(4) Classificação por Método de Compressão do Produto
Isto pode ser dividido em compressão externa e compressão interna da unidade de separação.
Compressão externa:É instalado um compressor de gás de produto separado, que não tem impacto direto na operação da unidade.
Compressão interna:Os produtos líquidos são comprimidos por bombas, depois reaquecidos, vaporizados e entregues fora da unidade. Relativamente falando, a compressão interna é mais segura; entretanto, o bom funcionamento da bomba de líquido afeta diretamente a operação da unidade.
