空氣分離-分離過程在空分中的應(yīng)用摘要：分離過程在化工生產(chǎn)過程中起著舉足輕重的重要作用，本文并闡述了它在當今工業(yè)生深冷法空氣分離中的應(yīng)用以及重要性。關(guān)鍵字：空分分子篩吸附器雙級精餾塔0.引言空氣中的主要成分是氧和氮，它們分別以分子狀態(tài)存在，均勻地混合在一起，通常要將它們分離出來比較困難，目前工業(yè)上主要有種實現(xiàn)空氣分離方法。吸附法：利用多孔性物質(zhì)分子篩對不同的氣體分子具有選擇性咐附的特點，對氣體分子不同組分有選擇性的進行吸附，達到單高純度的產(chǎn)品。吸附法分離空氣流程簡章，操作方便運行成本較低，但不能獲得高純度的的雙高產(chǎn)品。膜分離法：利用一些有機聚合膜的潛在選擇性，當空氣通過薄膜或中空纖維膜時，氧氣穿過膜的速度比氮快的多的特點，實現(xiàn)氧、氮的分離。這種分離方法得到的產(chǎn)品純度不高，規(guī)模也較小，目前只適用于生產(chǎn)富氧產(chǎn)品。深冷法（也稱低溫法）：先將混合物空氣通過壓縮、膨脹和降溫，直至空氣液化，然后利用氧、氮汽化溫度（沸點）的不同進行精餾分離。深冷與精餾的組合是目前工業(yè)上應(yīng)用最廣泛的空氣分離方法。1.深冷法空分原理空氣中氧和氮占99.23%(容積),因此在一般計算中,可以近似地將空氣當做氧和氮的二元混合物,將氬歸并到氮中去,其它氣體忽略不計,即認為空氣中含氧20.9%，含氮79.1%(容積)?？諝獾慕M成組分氮氧氬沸點（）-195.8-183-185.8體積百分比78.0320.930.932將空氣冷凝成液體，然后按各組分蒸發(fā)溫度的不同將空氣分離。處于冷凝溫度的氧、氮混合氣穿過比它溫度低的氧、氮組成的液體時，氣體要部分冷凝，轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w并放出冷凝潛熱，沸點較高的氧較多的冷凝，這樣蒸氣中的氮濃度越來超高；液體則吸收熱量而蒸發(fā)。沸點較低的氮較多的蒸發(fā)，液體中的氧濃度也越來越高，每經(jīng)過一次蒸發(fā)冷凝過程，氣體中氮組分就增加，而液體中氧組分也增加。如果這種同時發(fā)生的蒸發(fā)冷凝過程進行多次，混合物中的氧和氮便可分離。2.KDON48000/80000型空分裝置簡易流程分析空氣凈化：過濾及壓縮：原料空氣自吸入口吸入，經(jīng)自潔式空氣過濾器，除去灰塵及其它機械雜質(zhì)，空氣經(jīng)過濾后經(jīng)離心式空壓機壓縮至壓縮至0.575Mpa后經(jīng)空氣冷卻塔預(yù)冷，空氣自下而上穿過空氣冷卻塔，在冷卻的同時，又得到清洗。預(yù)冷：進入空冷塔的水分為兩段。下段為由涼水塔來的冷卻水，經(jīng)循環(huán)水泵加壓入空冷塔中部自上而下出空冷塔回涼水塔。上段為由水冷塔來的冷卻水，經(jīng)水冷塔與由分餾塔來污氮氣熱質(zhì)交換冷卻后由冷凍水泵加壓，送入空氣冷卻塔頂部，自上而下出空氣冷卻塔回涼水塔?？諝饨?jīng)空氣冷卻塔冷卻后，溫度降至18。純化：空氣經(jīng)空氣冷卻塔冷卻后進入切換使用的分子篩純化器1#或2#，空氣中的二氧化碳、碳氫化合物及殘留的水蒸汽被吸附。分子篩吸附器為臥式雙層床結(jié)構(gòu)，下層為活性氧化鋁，上層為分子篩，兩只吸附器切換工作。當一臺吸附器工作時，另一臺吸附器則進行再生、冷吹備用。由分餾塔來的污氮氣，經(jīng)蒸汽加熱器加熱至-170后，入吸附器加熱再生（高溫再生時，再生氣經(jīng)蒸汽加熱器及電加熱器加熱至260后，入吸附器加熱再生），脫附掉其中的水份及CO2，再生結(jié)束由分餾塔來的污氮氣冷吹，然后排入大氣放空?？諝庖夯諝饨?jīng)凈化后，由于分子篩的吸附熱，溫度升至20，然后分兩路：第一路：空氣在低壓主換熱器中與返流氣體(純氮氣、壓力氮氣、污氮等)換熱達到接近空氣液化溫度約-173后進入下塔進行精餾；第二路：空氣進入增壓空氣壓縮機1段進行增壓，壓縮后的這部分空氣又分為二部分：相當于膨脹空氣的這部分空氣從增壓空氣壓縮機的段抽出，經(jīng)膨脹機驅(qū)動的增壓機，消耗掉由膨脹機輸出的能量，使空氣的壓力得以進一步提高，增壓后進入高壓主換熱器。在高壓主換熱器內(nèi)被返流氣體冷卻至152k(-121）抽出，進入膨脹機膨脹制冷，膨脹后的空氣，經(jīng)汽液分離器分離后氣體部分進入下塔，液體經(jīng)節(jié)流后送入粗氬冷凝器（液空冷源）。另一部分繼續(xù)進增壓空氣壓縮機的段增壓，從增壓空氣壓縮機的段抽出后，進入高壓主換熱器，與返流的液氧和其他氣體換熱后冷卻至106K（-167）經(jīng)節(jié)流后進入下塔中部；空氣精餾：下塔精餾：在下塔中，空氣被初步分離成頂部氮氣和底部富氧液態(tài)空氣。頂部氮氣：頂部氣氮在主冷凝蒸發(fā)器中液化，同時主冷凝蒸發(fā)器的低壓側(cè)液氧被氣化。絕大部分液氮作為下塔回流液回流到下塔，其余液氮經(jīng)過冷器，被純氣氮和污氣氮過冷并節(jié)流后送入上塔頂部作為上塔回流液。壓力氮氣：壓力氮氣從下塔頂部引出來，在低壓主換熱器中復(fù)熱后出冷箱。污液氮：在下塔下部得到污液氮，經(jīng)過冷器過冷后，節(jié)流至上塔上部參與精餾。富氧液態(tài)空氣：從下塔底部抽出的富氧液空在過冷器中過冷后，一部分作為粗氬冷凝器冷源，另一部分經(jīng)節(jié)流送入上塔中部作回流液。上塔精餾：經(jīng)上塔的精餾，在頂部得到產(chǎn)品氮氣，在上部得到污氮氣，底部得到液氧。液氧：液氧從上塔底部通過管道導(dǎo)入主冷凝蒸發(fā)器中，在主冷凝蒸發(fā)器中被來自下塔的壓力氮氣汽化,汽化后的低壓工藝氧氣通過管道導(dǎo)入上塔。液氧在主冷凝蒸發(fā)器底部導(dǎo)出經(jīng)高壓液氧泵加壓，然后在高壓換熱器復(fù)熱后以4.7MPa(G)的壓力作為氣體產(chǎn)品出冷箱。污氣氮：污氣氮從上塔上部引出，并在過冷器中復(fù)熱后，部分低壓主換熱器中復(fù)熱后做為分子篩純化器的再生氣體；其在余高壓主換熱器中復(fù)熱后，進入水冷塔作為冷源。純氣氮：純氣氮從上塔頂部引出，在過冷器及低壓主換熱器中復(fù)熱后出冷箱，作為產(chǎn)品送往氮壓機，多余部分送往水冷卻塔中作為冷源冷卻外界水。氬餾份：從上塔相應(yīng)部位抽出氬餾份送入粗氬冷凝器，粗氬冷凝器采用過冷后的液空作冷源，氬餾份直接從增效塔的底部導(dǎo)入，上升氣體在粗氬冷凝器中液化，得到粗液氬和粗氬氣，前者作為回流液入增效塔，而后者經(jīng)進入低壓換熱器復(fù)熱到常溫送出冷箱；在粗氬冷凝器蒸發(fā)后的液空蒸汽和底部少量液空同時返回上塔。3.空分工藝設(shè)備介紹自潔式空氣過濾器空氣中含有大量的塵埃，空壓機在長時間的高速運行中，粉塵會造成機器內(nèi)部的葉輪、葉片等部件的磨損、腐蝕和結(jié)垢，縮短機器的使用壽命，因此設(shè)置空氣過濾器，清除掉空氣中的灰塵及雜質(zhì)。作用為清除原料空氣中的機械雜質(zhì)、灰塵。結(jié)構(gòu)：由高效過濾筒、文氏管、自潔專用噴頭、反吹系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、凈氣室出風(fēng)口、柜架等組成。原理：在吸氣負壓作用下，空氣穿過高效過濾筒，粉塵由于重力、靜電和接觸被阻留，凈化空氣進入凈氣室?？蓪Υ笥?UM以上的灰塵過濾效率達99.9%，濾筒上的灰塵通過專用噴頭吹除達到清除?？諝鈮嚎s機原料空氣壓縮機和增壓空氣壓縮機作用是為提供帶壓原料空氣。結(jié)構(gòu)：成套進口德國曼透平公司的產(chǎn)品，由汽輪機拖動兩臺離心式壓縮機，原料空壓機排氣量：251000Nm3/h,0.595MPa(A)、10Nm3/h進入低壓換熱器；增壓機一段：25000Nm3/h,2.MPa(G)；二段：83000Nm3/h,.MPa(G)。離心式壓縮機是利用裝于軸上帶有工作輪的葉片在原動機的帶動下做高速旋轉(zhuǎn)運動，葉輪對氣體做功，使氣體獲得動能，然后氣體在擴壓器中速度下降，動能轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓能，壓力得到進一步提高的過程。汽輪機的工作原理：利用高溫高壓蒸氣進入噴嘴靜葉柵中蒸氣內(nèi)能減少，動能增加，獲得了很大的流速，蒸氣的溫度壓力下降，高速氣流沖擊動葉片，使葉輪旋轉(zhuǎn)，蒸氣的熱能又轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)子的機械能，同時蒸氣的溫度壓力下降?？諝饨?jīng)自潔式過濾器過濾其中的機械雜質(zhì)、灰塵等，然后進入原料空氣壓縮機（MAC）經(jīng)過四級壓縮到0.495MPa（G），送至空氣冷卻塔冷卻。來自分子篩純化器的空氣壓力0.475MPa（G）溫度20，進入循環(huán)增壓機（BAC），經(jīng)三級壓縮之后的空氣一部分（25000Nm3/h、.MPa）抽出送到膨脹機的增壓端，另一部分(83000Nm3/h)進入增壓機二段，繼續(xù)壓縮至7.3MPa（G）在高壓板式換熱器與返流介質(zhì)換熱后進入下塔。分子篩吸附器作用是吸附空氣中水分、乙炔、CO等碳氫化合物。結(jié)構(gòu)：臥式圓筒體，內(nèi)設(shè)支承柵架。由于分子篩的吸附特性將空氣中的水份、乙炔、CO2等吸附，后被高溫氣體反向再生。分子篩吸附器成對交替使用，一只工作時，另一只被再生。空氣由多組分組成，除氧氣、氮氣等氣體組分外，還有水蒸汽、二氧化碳、乙炔及少量的灰塵等歸體雜質(zhì)。這些雜質(zhì)隨空氣進入空壓機與空氣分離裝置中會到來較大危害，固體雜質(zhì)會磨損空壓機運轉(zhuǎn)部件，堵塞冷卻器，降低冷卻效果；水蒸氣和二氧化碳在空氣冷卻過程中會凍結(jié)析出，將堵塞設(shè)備及氣體管道，致使空分裝置無法生產(chǎn)；乙炔進入空分裝置后會導(dǎo)致爆炸事故的發(fā)生，所以為了保證制氧機的安全運行，清除這些雜質(zhì)是非常有必要的。分子篩吸附原理：經(jīng)空冷塔冷卻后的空氣一般在左右進入吸附器內(nèi)吸附純化。水分乙炔、二氧化碳都是極性或不飽和分子。分子篩對它們都有很強的親和力。分子篩的共吸附性能使它可以在吸水的同時還可以吸附其它物質(zhì)，這種親和力的順序是：H2OC2H2CO2。膨脹機作用是膨脹機是空分設(shè)備的心臟部機之一，由氣體在膨脹機中等熵膨脹而制取冷量，正常生產(chǎn)中為系統(tǒng)補充冷損。工作原理：工質(zhì)在透平膨脹機的通流部分膨脹獲得動能，并由工作輪軸端輸出外功，因而降低了膨脹機出口工質(zhì)的內(nèi)能和溫度。雙級精餾塔利用混合氣中各組分的沸點不同，將其分離成所要求純度的組分；塔體為圓筒型，下塔為多層篩板篩板，上塔內(nèi)裝規(guī)整填料及液體分布器。下塔初步精餾，上塔進一步精餾得到氧氣和氮氣，二者聯(lián)系紐帶為主冷。4.結(jié)束語深冷法空分技術(shù)將過濾、精餾、吸附等多種分離技術(shù)結(jié)