Mayıs 1895’de Carl von Linde, Münih’teki laboratuvarında, Joule-Thomson soğutma etkisine ve karşı akımlı ısı değişimi prensibine dayanılarak havanın sıvılaştırılması için ilk sürekli prosedürün icadına yol açan bir deney gerçekleştirdi. Bu deney ilerde kriyojenik hava ayırımı için kullanıldı.
Havanın temel sıvılaşma prensibi kullanılarak, Carl Von Linde O2 üretimi için yapılmış ilk hava ayrıştırma tesisini 1902 yılında tek kolonlu ayrışma sistemini kullanmıştır. Azot için ise dünyanın ilk hava ayırma tesisi 1904 yılında kurulmuştur. Dünyanın çift kolonlu ilk hava ayırma tesisi prosesi ise 1910 yılında kurulmuştur. Yandaki tek kolonlu ayrıştırma sistemi gösterilmektedir.
1910 yılında Linde kriyojenik hava ayrıştırma prensibini daha da oturtarak çift kolonlu ayrışma sistemi olarak geliştirilmiştir. Günümüzde saf oksijen ve azotu aynı anda üretmek mümkündür.
Alt kolonun üstünde bulunan saf azot, kondense içinde sıvılaşarak üst kolona çekilir ve geri akışa yardımcı olmak için düşük basınç kolonunu besler. Üst kolonun altında bulunan kondense gaz halde bulunan saf azotu sıvı hale getirilirken açığa çıkan ısıyı oksijence zengin sıvı içerisindeki oksijen hariç diğer sıvıları gazlaştırarak kondensede saf sıvı oksijen üretilir.
Hava Ayrıştırma Prosesi
Hava Ayrıştırma Tesislerinde modern işleyiş prensibi;
- Hava ilk olarak ön ve ana filtrelerden geçirilerek temizlenir.
- Hava basınçlandırmak amacıyla hava kompresörü yardımıyla basınçlandırılır.
- Hava temizlenmek ve soğutmak amacıyla sprey kuleden geçirilir.
- Havanın içerisinde bulunan CO2, nem vb. istenmen maddeleri havadan uzaklaştırmak
amacıyla Moleküler Elek Sistemi (Molsieve-Adsorber) kullanılır. - Kuru hava, Booster Kompresörü yardımıyla yaklaşık 5 bar basınçtan 38~50 bar basınca
sıkıştırılır. - Ana ısı değiştiriciler, adsorberden gelen temiz ve kuru havanın kolona ve türbine girmeden önce soğutulduğu sistemdir.
- Havanın daha hızlı soğumasını sağlamak için, daha az iş harcayan genleşme türbini
kullanılır. - Hava Cold-Box adı verilen kulede rektifikasyonlu ayrıştırma distilasyon kolonlarında
Oksijen, Azot ve Argon olarak ayrışır, gaz ve sıvı halinde Cold-Box’tan çıkar. - Gaz ve sıvı halinde çıkan ürünler tanklarda depolanır.
Hava Ayrıştırma Tesislerinde Üretilen Gazlar
Hava ayrıştırma tesislerinde hava içerisinde bulunan tüm gazlar ayrıştırılabilir. Ancak bir burada Demir-Çelik sanayiinde kullanılan oksijen, azot ve argon gaz-sıvı ürünlerinin ayrıştırılması üzerinde duracağız.
Bu tesislerin ham maddesi olan havanın özellikleri;
Bileşen Oranları:
- %20,947 Oksijen,
- %78,084 Azot,
- % 0,934 Argon,
- % 0,033 CO2 ,
- % 0,002 diğer gazlar
Kaynama Noktası: -194 °C
Hava Ayrıştırma Tesislerinde elde edilen ürünlerin özellikleri;
Gaz yoğunluğu;
- 1,25 kg/m3 (AZOT)
- 1,428 kg/m3 (OKSİJEN)
- 1,784 kg/m3 (ARGON)
Sıvı Yoğunluğu;
- 810 kg/m3 (AZOT)
- 1140 kg/m3 (OKSİJEN)
1400 kg/m3 (ARGON)
Kaynama Sıcaklığı
- 196 °C (AZOT)
- 183 °C (OKSİJEN)
- 186 °C (ARGON)
Sıvı Hacminden Gaz Hacime Geçiş
- 798.3 Kat (AZOT)
- 648 Kat (OKSİJEN)
- 784.7 Kat (ARGON)
NOT: Yukarıda yazılan ürünlerin bu değerleri 1atm (101.325kPa) basınç altına göre hesaplanmıştır. Bu hesaplamalara sonraki yazımızda geçeceğiz.