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A torre de separação de ar é um equipamento importante usado para separar os principais componentes do gás no ar em nitrogênio, oxigênio e outros gases raros. Seu fluxo de processo envolve principalmente etapas como compressão do ar, pré-resfriamento, purificação, resfriamento e destilação. O controle preciso de cada etapa é crucial para garantir a pureza e a estabilidade dos produtos gasosos finais. Este artigo fornecerá uma introdução detalhada ao fluxo de processo da torre de separação de ar.

1. Compressão de ar e pré-resfriamento

A primeira etapa do processo da torre de separação de ar é a compressão do ar atmosférico. Através de múltiplos estágios de compressores de ar, o ar é comprimido a uma pressão de 5 a 7 bar. Durante o processo de compressão, a temperatura do ar comprimido também aumenta, de modo que resfriadores intermediários e pós-resfriadores são utilizados para reduzir a temperatura do ar. Para evitar que o compressor seja danificado por impurezas no ar, as partículas presentes no ar são removidas por meio de filtros. O ar comprimido é então enviado ao sistema de pré-resfriamento para resfriamento adicional, normalmente utilizando água de resfriamento ou refrigerantes como Freon, para resfriar o ar a aproximadamente 5 °C.

2. Purificação e desidratação do ar

Após o pré-resfriamento, o ar contém uma pequena quantidade de umidade e dióxido de carbono. Essas impurezas podem formar gelo em baixas temperaturas e bloquear o equipamento. Portanto, o ar precisa ser purificado e desidratado. Esse processo normalmente utiliza torres de adsorção por peneira molecular, que realizam processos periódicos de adsorção e regeneração para remover vapor d'água, dióxido de carbono, hidrocarbonetos, etc., a fim de garantir o bom funcionamento dos processos subsequentes de baixa temperatura. O ar purificado é limpo e seco, adequado para os processos subsequentes de resfriamento e separação.

3. Trocador de calor principal resfriando o ar

O ar purificado é resfriado no trocador de calor principal por meio de resfriamento profundo. O trocador de calor principal é um dos equipamentos mais críticos no processo da torre de separação de ar. O ar no trocador de calor principal sofre troca de calor com o nitrogênio e o oxigênio frios separados, reduzindo sua temperatura para próximo da temperatura de liquefação. A eficiência da troca de calor durante esse processo afeta diretamente o consumo de energia e a pureza do produto final da torre de separação de ar. Normalmente, trocadores de calor com aletas de placas de alumínio eficientes são utilizados para melhorar a eficiência da troca de calor.

4. Processo de separação na torre de destilação

O ar resfriado é enviado para a torre de destilação para separação utilizando a diferença nos pontos de ebulição dos vários componentes do ar. O ar se liquefaz gradualmente em baixas temperaturas, formando ar líquido. Esse ar líquido entra na torre de destilação para múltiplas interações entre as fases gasosa e líquida. Na torre de destilação, oxigênio, nitrogênio e gases raros, como o argônio, são separados. A concentração de oxigênio aumenta gradualmente na parte inferior da torre, enquanto o nitrogênio é separado na parte superior. Por meio da destilação, oxigênio e nitrogênio puros podem ser obtidos com maior pureza.

5. Extração de produtos de oxigênio e nitrogênio

A extração de oxigênio e nitrogênio é a etapa final da torre de separação de ar. O oxigênio e o nitrogênio líquidos são separados da torre de destilação e aquecidos novamente à temperatura ambiente por meio de trocadores de calor para atingir o estado gasoso desejado. Esses produtos gasosos são então enviados para tanques de armazenamento ou fornecidos diretamente aos usuários. Para melhorar a eficiência do processo e a pureza do produto, uma estrutura de torre dupla às vezes é projetada para separar ainda mais o argônio do oxigênio e do nitrogênio para uso industrial.

6. Controle e Otimização

Todo o processo da torre de separação de ar envolve um sistema de controle complexo, exigindo monitoramento e ajuste em tempo real dos processos de compressão, resfriamento, troca de calor e separação para garantir a qualidade dos produtos finais. As torres de separação de ar modernas são normalmente equipadas com sistemas de controle automatizados, utilizando sensores e software de controle para regular com precisão parâmetros como temperatura, pressão e vazão, a fim de otimizar o consumo de energia do processo de produção e a pureza do gás produzido.

O fluxo do processo da torre de separação de ar inclui múltiplas etapas, como compressão do ar, pré-resfriamento, purificação, resfriamento profundo e destilação. Por meio desses processos, oxigênio, nitrogênio e gases raros presentes no ar podem ser separados de forma eficaz. O desenvolvimento da moderna tecnologia de torres de separação de ar tornou o processo de separação mais eficiente e com baixo consumo de energia, o que é de grande importância para a aplicação de gases industriais.

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