Nitrojen jeneratörlerinin termodinamik modellenmesi

Abstract

Hava ayrıştırma endüstrisi; pratikte yaygın olarak kullanılan oksijen, nitrojen ve argon gazlarının üretimini ele alır. Herhangi bir tesisin anlık ihtiyacı olması durumunda bu elementlerin elde edilebilmesi amacıyla çalışılmıştır. Saflık oranının maksimum düzeyde olabilmesi için kriyojenik hava ayrıştırma yöntemi seçilerek, membranlı ve adsorpsiyonlu hava ayrıştırma yöntemlerine nazaran yüksek saflıkta nitrojen eldesi hedeflenmiştir. Bu çalışmada, hava ayrıştırma ünitesinin ChemSemp programı üzerinde simülasyonu yapılmış olup, gerçekçi bir simülasyon olması için bir firmadaki yaygın kullanılan sistem, termodinamik açıdan yeniden optimize edilmiştir. Girdi parametreleri olarak 100 kg/s debi, 1,1 bar basınç ve 25°C sıcaklıktaki hava seçilmiştir. Simülasyonda her bir sistem elemanı için isimlendirme yapılmış, sistemin akış şeması oluşturulmuştur. Simülasyon sonuçlarında sistemin tüm elemanlarının düğüm noktalarına ait toplam entalpi ve toplam entropi değerleri hesaplanmıştır. Nitrojen üretiminde kritik öneme sahip yüksek basınç kolonu için simülasyon programında ayrı çözümlemeler yapılarak; N2 üretim düğümlerindeki basınç-entalpi ve sıcaklıkentropi değerleri bulunmuştur. Ayrıca üretim tesisindeki anlık son ürün debileri N2 için <1 ppm Ar saflıkta 1,1 bar basınçta 14,4 kg/s, O2 için %98,5 saflıkta 1,1 bar basınçta 17,07 kg/s, Ar için <1 ppm O2 saflıkta 1.2 bar basınçta 0,31 kg/s debi elde edilmiştir.

Air separation industry deals with the production of oxygen, nitrogen and argon gases commonly used in practice. This study aims to obtain these elements in case of instantaneous need of any facility. In order to maximize the purity rate, the cryogenic air separation method was chosen, and it was aimed to obtain high purity nitrogen compared to the membrane and adsorption air separation methods. In this study, the air separation unit was simulated in the ChemSemp program, and the system widely used in a company was thermodynamically reoptimized and made into a realistic simulation. Air at 100 kg/s flow rate, 1.1 bar pressure and 25°C temperature was selected as input parameters. In the simulation, naming was made for each system elements and the flow chart of the system was created. In the simulation results, the total enthalpy and total entropy values of the nodes of all the elements of the system were calculated. By making separate analyzes in the simulation program for the high pressure column, which is critical in nitrogen production; Pressure-enthalpy and temperature-entropy values in N2 generating nodes were found. In addition, instant end product flows in the production facility were obtained as 14.4 kg/s flow rate at 1.1 bar pressure with < 1 ppm Ar purity for N2, 17.07 kg/s flow rate at 1.1 bar pressure with 98.5% purity for O2, and 0.31 kg/s flow rate at 1.2 bar pressure with < 1 ppm O2 purity for Ar, respectively.