FR2518238A1 - Procede de separation de l'azote et de l'oxygene de l'air par liquefaction et unite pour la realisation dudit procede - Google Patents

Procede de separation de l'azote et de l'oxygene de l'air par liquefaction et unite pour la realisation dudit procede Download PDF

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Abstract

LA PRESENTE INVENTION CONCERNE UN PROCEDE DE PREPARATION DE L'AZOTE ET DE L'OXYGENE ET UNE UNITE POUR LA REALISATION DUDIT PROCEDE. L'UNITE DESTINEE A LA REALISATION DUDIT PROCEDE COMPORTE UN COMPRESSEUR 1 ET DES ECHANGEURS DE CHALEUR 2 DISPOSES SUR LE PARCOURS DE L'AIR, COMPRENANT UNE PARTIE HAUTE PRESSION ET UNE PARTIE BASSE PRESSION ET UN TUBE DE TURBULENCE 4 A L'UNE DES EXTREMITES DUQUEL SONT DISPOSES LA TUYERE D'ARRIVEE 5 ET LE DIAPHRAGME 6 POUR LE DEPART DE L'AZOTE ET A L'AUTRE EXTREMITE EST INSTALLE LE DIFFUSEUR 7 POUR LE DEPART DE L'OXYGENE. LA TUYERE D'ARRIVEE 5 DU TUBE DE TURBULENCE 4 EST REUNIE A LA PARTIE HAUTE PRESSION DE L'ECHANGEUR DE CHALEUR 2 TANDIS QUE LE DIAPHRAGME 6 DU TUBE DE TURBULENCE 4 EST REUNI A LA PARTIE BASSE PRESSION DE L'ECHANGEUR DE CHALEUR 2.

Description

PROCEDE DE SEPARATION DE L'AZOTE ET DE L'OXYGENE DE L'AIR
ET UNITE POUR LA REALISATION DUDIT PROCEDE
La présente invention se rapporte au domaine du génie frigorifique et, plus précisément, se rapporte à la séparation de l'air en ses constituants azote et oxygène ainsi qu'à une unité pour la mise en oeuvre dudit procédé.
Cette invention peut être très largement appliquée pour la couverture de besoins périodiques en les constituants de l'air, dans des véhicules ainsi que dans d'autres cas où l'on a besoin d'un gaz neutre et d'air enrichi en oxygène.
On connaît et on utilise largement pour la production de l'azote et de l'oxygène à partir de l'air un procédé de rectification à basses temperatures qui consiste à refroidir l'air comprimé, à le liquéfier et à le séparer dans une colonne de rectification (brevet des Etats-Unis d'Amerique n0 2 548 377, classe 62-123, 1951).
La forte masse de la colonne de rectification, sa mise lente au régime de travail, ainsi que l'impossibilité de changer son régime de travail ont incité à la recherche de moyens nouveaux de séparation de l'air.
On connaît notamment des appareils de rectification centrifuges dont la masse est moins élevée mais qui sont aussi moins fiables du fait des sous-ensembles mobiles qu'ils comportent (cf. A.M. Arkharov, et alia, "Les techniques des basses températures",(en russe), Ed. "Energia", Moscou, 1975, pp. 283-285).
On connaît par ailleurs le tube de turbulence (appelé également
Vortex) de Rank qui se.compose d'une tuyère d'arrivée destinée à accélérer et à "vriller" l'écoulement de l'air, d'une chambre de séparation énergéti- que, d'un diaphragme pour le départ du courant refroidi et d'un diffuseur de départ du courant réchauffé (brevet des Etats-Unis n0 1 952 281, classe 62-5, 1934). En particulier, de tels tubes de turbulence sont employés pour la séparation des hydrocarbures liquides et des hydrocarbures gazeux (brevet des Etats-Unis d'Amérique n0 3 775 988, classe 62-5, 1973).
On connaît un procédé de séparation de l'air en azote et oxygène et une unité pour la réalisation dudit procédé dans laquelle le tube de turbulence est installé en-amont de la colonne de rectification et est utilisé à titre d'étage de détente (certificat d'auteur de l'URSS n0 246 537, classe F25 j, 1958). Dans l'unité susdite le tube de turbulence sert à séparer la vapeur du liquide et ne peut servi-r à la rectification de l'air.
La présente invention vise à créer un procédé de séparation de l'azote et de l'oxygène de l'air ainsi qu'une unité pour la réalisation dudit procédé ayant une haute fiabilité en service,#présentant une faible masse, et donnant lieu à une courte période de démarrage.
La solution à ce problème conformément à l'invention consiste dans un procédé de séparation de l'azote et de l'oxygène à partir de l'air préalablement comprimé et refroidi, dans lequel on comprime l'air jusqu'à une pression de 0,3 à 0,6 MPa, on refroidit liair comprimé avec liquéfaction partielle jusqu'à l'obtention d'un état saturé à une température de 90 à 100 K et on amène l'air refroidi, pour la séparation, au moins dans un tube de turbulence.
Il est avantageux pour réduire la consommation d'energie requise par la séparation de l'air dans le cas de l'emploi de plus d'un tube de turbulence d'utiliser pour cette séparation au moins un tube de turbulence, fonctionnant dans des conditions adiabatiques, et de refroidir alors l'air comprimé jusqu'à l'état saturé correspondant à une teneur en liquide de 20 à 40% (en proportions pondérales).
Pour obtenir des produits d'une plus grande pureté, il est recommandé d'effectuer la séparation de l'air dans un tube de turbulence en contact thermique avec le milieu ambiant, et de refroidir l'air comprimé jusqu'à l'état saturé correspondant à une teneur en liquide de 45 à 65% (en proportions pondérales).
Pour obtenir simultanément de l'azote et de l'oxygène dans le cas de la séparation de l'air dans plus d'un tube de turbulence, il est recommande, au moins dans un tube de turbulence, d'effectuer la séparation dans des conditions adiabatiques en admettant dans ledit tube de turbulence l'air comprimé refroidi jusqu'à l'état de saturation correspondant à une teneur en liquide de 20 à 40% (en proportions pondérales).
La présente invention concerne également une unité pour la séparation de l'azote et de l'oxygène à partir de-l'air, qui comporte un compresseur et des échangeurs de chaleur disposes sur le parcours de l'air comprimé, lesdits échangeurs comportant une partie haute pression et une partie basse pression et des moyens destinés à la séparation des constituant de l'air, ladite unité comprenant, en tant que moyens pour la séparation de l'air, un tube de turbulence d'un type connu dont une des extrémités comport une tuyère d'arrivée et un diaphragme de départ de l'azoté tandis que l'autre extrémité comporte un diffuseur pour le départ de l'oxygène, la tuyère d'arrivée dudit tube de turbulence étant réunie à la partie haute pression de l'échangeur de chaleur alors que le diaphragme du tube de turbulence précité est réuni à la partie basse pression de l'echangeur de chaleur
Il est avantageux d'inclure dans l'unité encore au moins un tube de turbulence, le diffuseur du tube de turbulence en amont devant être connecté à la tuyère d'arrivée du tube de turbulence en aval.
Pour augmenter le taux d'extraction de l'oxygène de l'air il est recommandé de réunir le diaphragme du tube de turbulence en aval à la zone centrale circumaxiale du di-ffuseur du tube de turbulence en amont:
Il est recommande, pour au#gmenter la stabilité et l'efficacité de fonctionnement du tube de turbulence d'installer selon son axe une rampe perforée creuse permettant l'introduction dans le tube de turbulence d'une partie de l'air refroidi.
Les avantages de la présente invention reposent sur le fait que le procédé de séparation de l'air en ses constituants azote et oxygène est mis en oeuvre dans un appareil de faible encombrenent ayant son propre champ de forces centrifuges en ne necessitant la mise en jeu que de petites quan tités d'air liquide.
L'unite revendiquée est capable de fonctionner à l'état incliné, en présence de surcharges dues aux forces d'inertie propres aux véhicules.
Les faibles dimensions de l'appareil séparateur et la quantité modérée de liquide indispensable pour mettre en oeuvre le procédé permet de mettre l'unité rapidement en régime de service et de l'arrêter aussitôt que les besoins en produits résultant de la séparation de l'air prennent fin.
En outre, du fait des dimensions réduites de l'appareil, les apports de chaleur à la partie basse température de l'unité sont faibles et la consommation d'énergie pour l'obtention des produits de séparation de l'air sont moindres que dans les colonnes de rectification uniques.
D'autres buts et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante de plusieurs exemples concrets de son exécution et des planches sur lesquelles:
la figure 1 représente une vue schématique d'une unité pour la séparation de l'air en azote et oxygène suivant un cycle haute pression selon l'invention;
la figure 2 représente une vue schématique d'un mode de réalisation d'un tube de turbulence (tube vortex);
. la figure 3 représente une section selon Il-Il de la figure 2;
. la figure 4 est une vue schématique d'une unité de séparation de l'air en azote et en oxygène selon un cycle basse pression;
. la figure 5 est un diagramme T-S du cycle haute pression;;
. la figure 6 représente un diagramme de variations de la concentration en oxygène des courants en fonction du débit relatif de l'azote désigné comme GN/G.
L'unité pour la séparation de l'air en azote et oxygène comprend un compresseur 1 (figure 1) haute pression, un échangeur de chaleur 2, une valve d'étranglement 3 et un tube de turbulence 4 qui est doté à l'une de ses extrémités d'une tuyère d'arrivée 5 et d'un diaphragme 6 pour l'évacuation de l'azote et à l'autre extrémité d'un diffuseur 7 pour l'évacuation de lloxy- gène. Les divers éléments de cette unité sont réunis entre eux par la conduite d'air haute pression 22. Le diaphragme 6 du tube de turbulence est reuni à l'enceinte basse pression (qui n'est pas représentée#sur la figure) de l'échangeur de chaleur 2 par la conduite 22'.
Le tube de turbulence 4 comporte une tuyère d'arrive 5 (figure 2) ayant la forme d'un canal graduellement vrillé 8 (figure 3) dont la section va en diminuant de façon à former un colimaçon 9. La tuyère d'arrivée 5 (figure 2) débouche dans la chambre 10 de séparation énergétique, ayant la forme d'un corps de révolution creux, dans lequel se produit le processus de séparation de l'air. Par le diaphragme 6, qui obture la chambre 10 d'un côté, se produit l'evacuation de l'azote alors que par le diffuseur 7, qui obture la chambre 10 de l'autre côté, se produit l'évacuation de l'oxygène.
Dans la paroi intérieure 11#du diaphragme sont pratiqués des orifices 12 permettant l'évacuation de l'air qui passe de la tuyère d'arrivée 5 au diaphragme 6, et qui ne participe pas au processus de séparation énergétique dans l'enceinte 13 formée par la paroi 11 et par la paroi extérieure 14.
L'enceinte 13 est réunie par la conduite 15 à l'orifice 16 pratique dans la partie centrale du diffuseur 7. La chambre 10 est entourée par la chemise 17 dans laquelle arrive par la conduite 18 le fluide caloporteur amené par la conduite 19. L'orifice 16 dans le diffuseur 7 est réuni par la conduite 20 à la conduite 21, par laquelle l'air comprimé refroidi est admis dans le tube de turbulence 4, et à la rampe perforée creuse 22.
Le schéma de la figure 4 représente une unité de séparation de l'air, destinée à la séparation de l'azote et de l'oxygène, fonctionnant suivant un cycle basse pression qui est plus avantageux au point de vue énergétique.
Suivant ce schéma de la figure 4, sont connectés en série un compresseur 23, un échangeur de chaleur 24, un échangeur de chaleur principal 25 et un condenseur 26. Parallèlement à l'échangeur de chaleur 25 est disposé un détendeur 27 qui est mécaniquement accouplé au compresseur 28.
Le condenseur 26 est réuni par la partie haute pression (non représentée sur la figure) à la tuyère d'arrivée 29 du tube de turbulence 30, dont le diaphragme 31 est réuni à la partie basse pression (non représentée sur la figure) du condenseur 26. Le diffuseur 32 du tube de turbulence 30 est connecté la tuyère d'arrivée 33 du tube de turbulence 34. Le diaphragme 35 du tube de turbulence 34 est réuni par la conduite 36 au tube de turbulence 30. Par la conduite 37) une partie de l'air comprimé refroidi circulant dans la conduite 38 entre l'échangeur de chaleur 25 et le condenseur 26 est amenée dans la chemise 39 qui entoure le tube de turbulence 34 et elle est évacuée par la conduite 40.Le diffuseur 41 du tube de turbulence 34 est relié à un séparateur 42 de liquide dont la partie supérieure 43 où s'accumule la vapeur est connectée par la conduite 44 à la rampe perforée creuse 5 du diffuseur 41 tandis que la partie 46 ou s'accumule le liquide est réunie par la conduite 47 à l'appareil de consommation (récepteur) d'oxygène liquide et par 7a conduite 48 à la partie basse pression (non représentée sur la figure) du condenseur 26.
Le fonctionnement. de l'unité conforme à l'invention pour la production d'azote et d'oxygène à partir de l'air se fait de la manière suivante.
On comprime l'air dans la partie haute pression par le compresseur 1 (figure If jusqu'à une pression approximativement égale à 20 MPa et on l'admet à travers l'échangeur de chaleur 2 et la vanne de détente 3 dans le tube de turbulence 4.
Le cycle haute pression est employé de préférence dans le cas où
l on trait de faibles débits .ie l'air à séparer et l'on cherche à produire
l'un des produits de la separ tion. Dans i 'érhanoeur de chaleur 2, on refroidit l'air par le courant d'azote que l'on évacue du tube de turbulence 4, on le libère de l'humidité, des vapeurs d'huile et du gaz carbonique qu'il contient. On maintient la pression et la température de l'air en aval de la vanneïde détente au niveau de 0,3 à 0,6 MPa et de 90 à 100 K respectivement.L'air s'echappant de la vanne de detente 3 arrive à l'état saturé dans le tube de turbulence 4 où les opérations sont conduites dans des conditions adiabatiques à une température correspondant à la température de condensation sous la pression de détente en aval de la vanne de détente.
Sous une pression inférieure à 0,3 MPa, le processus n'atteint pas le but imposé à cause de la basse vitesse des écoulements dans le tube de turbulence. Une pression supérieure à 0,6 MPa n'est pas rentable étant donné qu'une nouvelle élévation de pression conduirait à une augmentation de la consommation d'énergie requise pour la compression d'air, mais ne s'accompagnerait pas d'un accroissement de l'efficacité de la séparation La proportion de liquide dans l'air refroidi peut varier entre de larges limites.
Etant donné que le processus de séparation de l'air dans le tube de turbulence se produit en présence de forts gradients de température, de pression et de concentration suivant sa longueur et son rayon, il en résulte des limites de la teneur optimale en liquide de l'air refroidi arrivant au tube de turbulence.
L'air comprimé et refroidi jusqu'a l'état saturé est admis dans la tuyère d'arrivée (figure 2) du tube de turbulen#ce 4, sous forme de colimaçon 9 (figure 3) qui se rétrécit graduellement avec réduction de son rayon.
La tuyère sert à admettre l'air dans le tube de turbulence à une vitesse imposée et à lui imprimer son vrillage. La section étroite de la tuyère 5 (figure 2) créant une perte de charge considérable à l'écoulement, la pression et la température au niveau de la sortie de la tuyère correspondent au point 49 (figure 5) du diagramme température-entropie.
Dans la chambre 10 (figure 2) de séparation énergétique du tube de turbulence 4 intervient le processus de séparation énergétique turbulente. Entre les deux écoulements ou courants turbulents, dont l'un périphérique se propage de la tuyère d'arrivée 5 au diffuseur 7, et l'autre circumaxial, c'est-à-dire dans la zone de l'axe, se propage du diffuseur 7 au diaphragme, se produit un échange de chaleur et de masses. Au cours des échanges de chaleur et de masses, l'écoulement central circumaxial s'enrichit en azote alors que le courant ou écoulement périphérique s'enrichit en oxygène. Au départ de la tuyère d'arrivée 5, l'air arrive dans la chambre 10 de séparation énergétique sous forme d'un mélange vapeur-liquide.Sous l'effet des forces centrifuges, le liquide est rejeté contre la paroi de la chambre 10 de séparation énergétique et s'écoule vers le diffuseur 7.
L'azote se sépare par évaporation du film liquide et par l'écoulement peri phérique passe dans l'écoulement circumaxial de vapeur selon la direction inverse (de retour), l'oxygène qui se condense arrivant avec le film liquide dans le diffuseur 7. Comme dans la tuyère' -5 pénètre un mélange vapeurliquide, le liquide qui suit la paroi intérieure 11 du diaphragme 6 s'écoule dans l'orifice du diaphragme 6 qui sert à l'évacuation du courant d'azote.
Pour parer à ce phénomène est prévu dans la paroi 11 du diaphragme 6 un orifice annulaire 12 qui débouche dans l'enceinte 14 dont par la conduite 15 la couche limite qui contient plus d'oxygène que le courant d'azote est évacuée vers la zone (circumaxiale) du diffuseur 7 par l'orifice 16.
Le courant d'azote au départ du diaphragme 6 est envoyé vers la partie basse pression de l'échangeur de chaleur 2 (figure 1) où il refroidit le courant direct d'air qui traverse la partie haute pression dudit échangeu de chaleur. On effectue le réglage de l'unité de séparation d'air de manière que la pression en amont de la tuyère d'arrivée 5 du tube de turbulence 4 soit de 0,3 MPa à 0,6 MPa et la température de 90 à 100 K. Des valeurs plus élevées de température se rapportent à des pressions plus élevées. Les parties à basses températures de l'unité sont calorifugées. Dans ce cas, la part massique de liquide admise dans le tube de turbulence 4 est de 20 à 40 en masse. Le rapport entre les débits du courant d'azote et celui du courant d'oxygène est maintenu par variation de la perte de charge des courants affluents.
Les paramètres du courant d'azote sont indiqués par le point 50 (figure 5), ceux du courant d'oxygène le sont par le point 51. Dans ce cas, seul l'un des gaz, l'azote ou l'oxygène, peut être obtenu pur, ce que l'onconstate à l'étude du graphique représentant la relation entre la concentration en oxygène des courants et le débit du courant d'azote. Dans le graphique de la figure 6, la courbe 52 désigne la teneur en azote à la sortie du diaphragme 31 (figure 4) alors que la courbe 53 (figure 6) désigne la teneur en oxygène du courant sortant du diffuseur 32 (figure 4).Au fur et à mesure que le débit du courant d'azote augmente, {la valeur dudit débit étant portee en abscisses (X)} la teneur en oxygène {portée en ordonnées (Y)} dudit courant diminue et atteint un minimum pour un débit relatif du courant d'azote défini par un rapport du débit d'azote au débit total d'air de l'ordre de 0,5 à 0,55. Ensuite la teneur en oxygène au fur et à mesure que le débit d'azote augmente s'accroît de façon monotone. Au cours de l'evacua- tion de la totalité du courant -par le diaphragme 31, on n'observe pas de séparation de l'air dans le tube de turbulence. La teneur en oxygène du courant d'oxygène croît graduellement, atteint un maximum pour un débit relatif du courant d'azote égal à 0,9 et reste ensuite constante.La pureté maximale des produits de la séparation est égale à environ 98%.
Si les besoins en constituants résultant de la séparation de l'air augmentent, l'emploi d'unités construites selon le cycle haute pression ne sont plus rentables.
Dans ces conditions, on procède à la séparation de l'air en oxygène et azote selon le cycle moyenne ou basse pression avec détendeur.
En outre dans une telle unité, il est possible d'obtenir simultanément deux produits purs: aussi bien l'oxygène que l'azote.
A la sortie du compresseur 23 (figure 4), l'air comprimé est admis dans un échangeur de chaleur primaire 24 baigné par les courants d'azote et d'oxygène produits. Après son passage dans cet échangeur de chaleur primaire 24, une partie de l'air est amenée pour sa détente dans le détendeur 31 qui sert à refroidir l'échangeur de chaleur principal 25.
On refroidit l'air comprime restant dans l'échangeur de chaleur principal 25 et on le dirige vers la partie haute pression (non représentée) du condenseur 26, de la partie basse pression de laquelle l'azote est amenée au tube de turbulence 30.
Le tube de turbulence 30 précité est réglé sur un régime de production de l'azote pur suivant la courbe 52 (figure 6). Le courant d'azote au départ du tube de turbulence 30 (figure 4) passe par la partie basse pression (non représentée) du condenseur 26 et il est refoulé ensuite par le compresseur 28, mécaniquement accouplé au détendeur 27, dans l'échangeur primaire 24, ou il est réchauffé pour être ensuite envoyé à l'appareil de consommation (récepteur). L'échangeur primaire 24 sert à séparer du courant d'air comprimé, la vapeur d'eau, le gaz carbonique et les autres impuretés qu'il contient. Cet échangeur 24 peut consister en un échangeur de chaleur commutable dont une section travaille en régime de refroidissement et l'autre en régime de décongélation.
En quittant le tube de turbulence 30, le courant de gaz est envoyé dans un deuxième tube de turbulence 34. Etant donné que le courant arrivant dans le tube de turbulence 34 est enrichi en oxygène dans le tube 30 et contient une quantité de liquide qui est fonction du régime de travail du tube de turbulence 30, le tube de turbulence 34 fonctionne de préférence dans des conditions non adiabatiques. A cet effet le tube de turbulence 34 est muni d'une chemise 39.
On soutire en amont du condenseur 26 une partie du courant d'air comprimé pur et on l'envoie par la conduite 37 dans la chemise 39 où on la condense puis la retourne par la conduite 40 dans la rampe principale en amont du tube de turbulence 30.
Le tube de turbulence 34 est réglé sur un régime de production de l'oxygène de concentration maximale. La courbe 55 (figure 6) représente les variations des concentrations en oxygène à la sortie du diffuseur 41 (figure 3) alors que la courbe 54 (figure 6) représente la teneur en oxygène du courant d'azote à la sortie du diaphragme 35 (figure 4). Etant donné que la teneur en oxygène du courant d'azote dans le tube de turbulence 31 est suffisamment élevée, le diaphragme 35 de ce tube de turbulence est réuni par la conduite 36 à la zone centrale circumaxiale du diffuseur du tube de turbulence 30.La teneur en liquide à l'entrée du tube de turbulence 34 est de 45 à 652 (en proportions pondérales), une partie de liquide s'évaporant lors des échanges thermiques avec l'air arrivant dans la chemise 39 du tube de turbulence 34. On envoie l'oxygène quittant le tube de turbulence 34 dans le séparateur de liquide 42. La vapeur sortant du séparateur 42 par la conduite 44 est réadmise dans le tube de turbulence 34 tandis que l'oxygène liquide soutiré par la conduite 47 est envoyé à l'appareil de consommation (le récepteur). Dans le cas où c'est l'oxygène gazeux qui est consommé, on envoie le liquide par la conduite 48 dans le condenseur 26 où il s'évapore et, après réchauffeinent dans l'échangeur de chaleur primaire 24, on l'envoie à l'appareil de consommation (le récepteur).
Pour augmenter l'efficacité du fonctionnement du tube de turbulence, est disposée le long de son axe une rampe perforée creuse 45 par laquelle on introduit dans le tube de turbulence une partie de l'air refroidi.
EXEi4PLE 1
Pour le transport des denrées alimentaires, à l'état réfrigéré à une temperature de 270 à 278 K, il est nécessaire de remplir des capacités d'azote contenant au max#rnum 5n en volumes d'impuretés, à un débit de 30 kg/h.
On réalise une unité selon le cycle haute pression (figure 1).
On comprime l'air dans le compresseur 1 jusqu'à une pression de 20 MPa, on le refroidit dans un échangeur de chaleur à récupération 2, on le détend dans la vanne de détente 3 jusqu'à une pression de 0,6MPa et à une température de 96 K et on l'envoie dans un tube de turbulence 4. La teneur en liquide de l'air envoyé dans le tube de turbulence 4 est de 35% (en proportions pondérales), et le débit d'air est de 32 kg/h.
EXEMPLE 2
Un établissement chimique industriel demande pendant 8 heures par jour de l'air enrichi en oxygène à teneur en oxygène de 70% en volume à raison de 400 kg/h. On réalise une unité selon le cycle à pression moyenne avec un détendeur, le tube de turbulence fonctionnant avec réchauffage partiel de l'air comprimé. La durée de passage au régime de travail est de 1 heure, le temps de réchauffage après la fin du travail est de 0,5 heure; ainsi le temps total de marche de l'unité est de 0,5 heure par 24 heures.
On admet dans le tube de turbulence 4, aux fins de la transmission, 2 500 kg/h d'air dont 2 000 kg/h passent par le détendeur et 500 kg/h à travers la chemise de refroidissement 17 (figure 2) où l'on refroidit et évapore l'azote du film liquide qui s'écoule le long de la paroi de la chambre 10. Dans ce cas la proportion de liquide dans l'air à son arrivée dans le tube de turbulence est de 60% (en proportions pondérales).
EXEMPLE 3
Dans une unité de séparation d'air fonctionnant d'après le cycle basse pression, on cherche à obtenir de l'azote gazeux et de l'oxygène liquide. On comprime l'air dans le compresseur 23 (figure 4), on le refroidit dans les échangeurs de chaleur 24, 25, on le liquéfie dans le condenseur 26 jusqu'à une teneur en liquide de 25% (en proportions pondérales) à une température de 96 K et sous une pression de 0,6 MPa, et on l'envoie pour sa séparation dans le tube de turbulence 30. A la sortie du diaphragme 31 du tube de turbulence 30 on soutire de l'azote d'un degré de pureté de 96% en volumes formant 60% du débit d'air admis dans le tube de turbulence 30.Les 40 restants d'air enrichi en oxygène jusqu'à 35% en volumes à une pression de 0,4 MPa passant du diffuseur 32 du tube de turbulence 30 dans la tuyère 33 du tube de turbulence 34. La teneur en liquide à l'arrivée dans le tube de turbulence 34 est de 50% en masse. On envoie l'oxygène liquide dans le séparateur de liquide 42 diou les vapeurs sont amenées par la conduite 44 dans la rampe perforée creuse 45 disposée suivant l'axe du tube de turbulence 34.
A la sortie du diaphragme 35 du tube de turbulence 349 le courant appauvri en oxygène est amené par la conduite 35 dans la zone circumaxiale centrale du diffuseur du tube de turbulence 30, selon un débit constituant 70% du débit d'air admis dans le tube de turbulence 34, à la température de 80 K.
La quantité d'air admis dans la chemise 39 du tube de turbulence 34 est de 10 à 12 du débit total d'air dans le tube de turbulence 30.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés et elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles â l'homme de l'art, sans que l'on ne s'écarte de l'esprit de l'invention.

Claims (8)

  1. REVENDICATIONS
    1. Procédé de séparation de l'azote et de l'oxygène à partir de l'air préalablement comprimé et refroidi, caractérisé en ce que lon comprime l'air jusqu'à une pression de 0,3 à 0,6 MPa, on refroidit l'air-comprimé, avec liquéfaction partielle, jusqu'à l'obtention d'un état saturé à une température de 90 à 100 K et on amène l'air refroidi-pour la séparation, au moins dans un tube de turbulence.
  2. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'on effectue la séparation de l'air dans un tube de turbulence dans des conditions adiabatiques en refroidissant l'air comprimé jusqu'à l'état sature correspondant à une teneur en liquide de 20 à 40% (en proportions pondérales).
  3. 3. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'on effectue la séparation de l'air dans un tube de turbulence en contact thermique avec le milieu ambiant, l'air comprime étant refroidi jusqu'à un état de saturation correspondant à une teneur en liquide de 45 à 65% (en proportions pondérales).
  4. 4. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que lors de la séparation de l'air dans plus d'un tube de turbulence, on effectue dans au moins un tube de turbulence la séparation dans des conditions adiabatiques en refroidissant dans ce cas l'air jusqu'à l'état de saturation correspondant à une teneur en liquide de 20 à 40% (en proportions pondérales).
  5. 5. Unité pour la réalisation du procédé suivant une quelconque des revendications 1 à 4, comprenant un compresseur et des échangeurs de chaleur, disposés sur le parcours de l'air comprimé, comprenant une partie haute pression et une partie basse pression, ainsi que des moyens de séparation de l'air, ladite séparation unité étant caractérisée en ce que en tant que moyens de séparation d'air elle#comprend un tube de turbulence d'un type connu dont une des extrémités comporte une tuyère d'arrivée et un diaphragme de départ de l'azote tandis que l'autre extrémité comporte un diffuseur pour le départ de l'oxygène, la tuyère d'arrivée dudit tube de turbulence étant réunie à la partie haute pression de l'échangeur de chaleur, tandis que le diaphragme dudit tube de turbulence est réuni à la partie basse pression de l'échangeur de chaleur.
  6. 6. Unité suivant la revendication 5, caractérisée en ce qu'elle comporte encore au moins un tube de turbulence, le diffuseur du tube de turbulence en amont, étant réuni à la tuyère d'arrivée du tube de turbulence en aval.
  7. 7. Unité suivant la revendication 5 ou 6, caractérisée en ce que le diaphragme du tube de turbulence en aval est réuni à la zone centrale circumaxiale du diffuseur du tube de turbulence en amont.
  8. 8. Unité suivant une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisée en ce que suivant l'axe du tube de turbulence est installée une rampe perforée creuse pour l'arrivée dans le tube de turbulence d'une partie de l'air refroidi.
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DE102013012657A1 (de) 2013-07-30 2013-10-31 Linde Aktiengesellschaft Verfahren zur Erzeugung zumindest eines Luftprodukts und Luftbehandlungsanlage

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FR1258461A (fr) * 1959-04-01 1961-04-14 Atomic Energy Commission Procédé et appareil de résolution de mélanges gazeux, notamment de séparation des isotopes en phase gazeuse

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