空氣分離的基本原理演示文稿本文檔共50頁；當(dāng)前第1頁；編輯于星期六\8點47分優(yōu)選空氣分離的基本原理本文檔共50頁；當(dāng)前第2頁；編輯于星期六\8點47分主要內(nèi)容一、空分的含義二、空氣的組成及沸點三、空分方法本文檔共50頁；當(dāng)前第3頁；編輯于星期六\8點47分一、空分的含義是利用物理或者化學(xué)方法將空氣分離，獲得純氧氣和純氮氣及一些稀有氣體的過程。本文檔共50頁；當(dāng)前第4頁；編輯于星期六\8點47分二、空氣組成及沸點本文檔共50頁；當(dāng)前第5頁；編輯于星期六\8點47分三、空分原理1、空氣分離的方法

低溫法、分子篩吸附、膜分離法三種類型。本文檔共50頁；當(dāng)前第6頁；編輯于星期六\8點47分

1、低溫法：原理：是根據(jù)空氣中各組分的沸點不同，經(jīng)加壓、預(yù)冷、純化、并利用大部分由透平膨脹機提供的冷量使之液化，再進行精餾，從而獲得所需要的氧氣、氮氣及其它稀有氣體的過程。具體原理為空氣經(jīng)過增壓膨脹對外作功處于冷凝溫度,當(dāng)穿過比它溫度低的氧、氮組成的液體層時,由于氣、液之間溫度差的存在,要進行熱交換,溫度低的液體吸收熱量開始蒸發(fā),其中氮組分首先蒸發(fā),溫度較高的氣體冷凝,放出冷凝熱,氣體冷凝時,首先冷凝氧組分.此過程一直進行到氣、液處于平衡狀態(tài)。這時,液相由于蒸發(fā),使氮組分減少,同時由于氣相冷凝的氧也進入液相,因此液相的氧濃度增加了,同樣氣相由于冷凝,使氧組分減少,同時由于液相的氮進入氣相,因此氣相的氮濃度增加了.7本文檔共50頁；當(dāng)前第7頁；編輯于星期六\8點47分多次的重復(fù)上述過程,氣相的氮濃度就不斷增加,液相的氧濃度也能不斷的增加.這樣經(jīng)過多次的蒸發(fā)與冷凝就能完成整個精餾過程,從而將空氣中的氧和氮分離開來。

2、吸附法：

原理：利用分子篩對不同的分子具有選擇性吸附的特點，有的分子篩（如5A、13X等）對氮具有較強的吸附性能，讓氧分子通過，可得到較高純度的氧氣；有的分子篩（碳分子篩等）對氧具有較強的吸附性能，讓氮分子通過，可得到較高純度的氮氣，從而實現(xiàn)空氣的分離。但吸附法目前的氧氣純度只有93%左右。

3、膜分離法：原理：它是利用一些有機聚合膜的滲透選擇性，當(dāng)空氣通過薄膜或中空纖維膜時，氧氣穿透過薄膜的速度約為氮的4-5倍，從而實現(xiàn)氧、氮的分離。膜分離的富氧濃度只能達到28～35%O2

。目前應(yīng)用較多的是低溫法（又叫深度冷凍法）。它的優(yōu)點：生產(chǎn)量大，產(chǎn)品純度高，電耗低且可得到液態(tài)產(chǎn)品，故應(yīng)用廣泛。8本文檔共50頁；當(dāng)前第8頁；編輯于星期六\8點47分2、空分基本原理空氣分離的基本原理，就是低溫精餾原理。利用空氣中氧、氮沸點的不同，經(jīng)膨脹機制冷而獲得的液空，在精餾塔中經(jīng)過多次部分蒸發(fā)和部分冷凝，而將各組份分離開來，獲得合格氧氮產(chǎn)品的過程。當(dāng)空氣穿過比它溫度低的氧、氮組成的液體層時,由于氣、液之間溫度差的存在,要進行熱交換,溫度低的液體吸收熱量開始蒸發(fā),其中氮組分首先蒸發(fā),溫度較高的氣體冷凝,放出冷凝熱,氣體冷凝時,首先冷凝氧組分.這過程一直進行到氣相和液相的溫度相等為止,也即氣、液處于平衡狀態(tài)。本文檔共50頁；當(dāng)前第9頁；編輯于星期六\8點47分這時,液相由于蒸發(fā),使氮組分減少,同時由于氣相冷凝的氧也進入液相,因此液相的氧濃度增加了,同樣氣相由于冷凝,使氧組分減少,同時由于液相的氮進入氣相,因此氣相的氮濃度增加了.多次的重復(fù)上述過程,氣相的氮濃度就不斷增加,液相的氧濃度也能不斷的增加.這樣經(jīng)過多次的蒸發(fā)與冷凝就能完成整個精餾過程,從而將空氣中的氧和氮分離開來.本文檔共50頁；當(dāng)前第10頁；編輯于星期六\8點47分3、液化精餾工藝流程分為空氣的凈化、空氣的液化、空氣的分離三個工序。本文檔共50頁；當(dāng)前第11頁；編輯于星期六\8點47分2-2空氣分離的工藝流程一、空氣的凈化1、機械雜質(zhì)的脫除

空氣中灰塵的處理大多以過濾為主，并輔以慣性和離心式來處理，大中型空分均使用無油干式除塵器。目前國內(nèi)外空分裝置使用的氣體過濾器有:本文檔共50頁；當(dāng)前第12頁；編輯于星期六\8點47分慣性除塵器---初步除塵彎管型百葉窗型多層隔板塔型本文檔共50頁；當(dāng)前第13頁；編輯于星期六\8點47分電動卷簾式干帶過濾器---初步除塵本文檔共50頁；當(dāng)前第14頁；編輯于星期六\8點47分脈沖紙筒式過濾單元本文檔共50頁；當(dāng)前第15頁；編輯于星期六\8點47分（1）水分及CO2的脫除脫除CO2、水蒸氣一般用吸附法和凍結(jié)法。吸附法是空氣通過裝有分子篩或硅膠的吸附器，二氧化碳和水蒸氣被吸附，達到清除的目的；凍結(jié)法是在低溫下，水分和二氧化碳以固態(tài)形式凍結(jié)，在切換式換熱器的通道內(nèi)而被除去。經(jīng)過一段時間后，自動將通道切換，讓干燥的返流氣通過該通道，使前一段時間凍結(jié)的二氧化碳和水蒸氣在該氣流中蒸發(fā)、升華而被帶出裝置。另外也可用8%~10%的氫氧化鈉溶液洗滌空氣中的二氧化碳。本文檔共50頁；當(dāng)前第16頁；編輯于星期六\8點47分（3）碳?xì)浠衔锏拿摮細(xì)浠衔锾貏e是乙炔進入空分裝置并積累到一定程度時易造成爆炸事故，因此必須脫除。各種烴類在液氧中爆炸敏感性順序為：乙炔>丙烯>丁烯>丁烷>丙烷>甲烷。清除空氣中的乙炔采用吸附法。在低溫下，乙炔呈固體微粒狀浮在液體空氣和液體氧中，當(dāng)通過裝有硅膠的吸附器時，乙炔被硅膠吸附脫除。本文檔共50頁；當(dāng)前第17頁；編輯于星期六\8點47分（4）冷箱前端凈化空氣經(jīng)除塵、壓縮、水冷后，水分、CO2及烴類物質(zhì)還存留在其中，為了保證冷箱內(nèi)設(shè)備不受堵塞并消除爆炸危險，現(xiàn)在直接利用分子篩吸附法，可以使各種有害氣體雜質(zhì)清除干凈。分子篩分子篩即人工沸石，為強極性吸附劑，對極性分子有很大的親和力，并且其熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性高。分子篩具有微孔尺寸大小一致的特點，凡被處理的流體分子若大于其微孔尺寸的都不能進入微孔，起到篩分作用，所以被稱為分子篩。本文檔共50頁；當(dāng)前第18頁；編輯于星期六\8點47分分子篩——硅酸鹽本文檔共50頁；當(dāng)前第19頁；編輯于星期六\8點47分分子篩本文檔共50頁；當(dāng)前第20頁；編輯于星期六\8點47分分子篩的吸附順序。21

CH4C2H6C3H8N2OC2H4CO2C2H2C3H6nC4H10iC4H10C6H6C3H6OO3NOH2O甲烷 CH4乙烷 C2H6丙烷

C3H8一氧化二氮 N2O乙烯

C2H4二氧化碳 CO2乙炔 C2H2丙烯 C3H6正丁烷 nC4H10異丁烷

iC4H10苯 C6H6丙酮 C3H6O臭氧 O3一氧化氮 NO水 H2O設(shè)計吸附率CO2含量為0.1ppm時的吸附率0%0%65%65%85%100%100%100%100%100%100%100%100%100%100%0%0%50%50%70%100%100%100%100%100%100%100%100%100%100%本文檔共50頁；當(dāng)前第21頁；編輯于星期六\8點47分2.空氣的液化空氣的液化必須采用深冷技術(shù)深冷技術(shù)：工業(yè)上常將獲得-100oC以下溫度的方法稱為深度冷凍法，簡稱深冷法工業(yè)上深度冷凍一般利用高壓氣體進行絕熱膨脹來獲得低溫（1）節(jié)流膨脹---對外不做功節(jié)流膨脹：在絕熱和不做功的條件下，高壓流體通過節(jié)流閥膨脹到低壓的過程稱為節(jié)流膨脹。節(jié)流效應(yīng)：節(jié)流時由于壓力降低而引起的溫度變化稱為節(jié)流效應(yīng)。本文檔共50頁；當(dāng)前第22頁；編輯于星期六\8點47分節(jié)流閥原理示意本文檔共50頁；當(dāng)前第23頁；編輯于星期六\8點47分節(jié)流閥本文檔共50頁；當(dāng)前第24頁；編輯于星期六\8點47分（2）等熵膨脹---對外做功等熵膨脹：等熵膨脹是壓縮氣體經(jīng)過膨脹機，在絕熱條件下膨脹到低壓，同時輸出外功的過程由于對外做功，使膨脹后的氣體不僅溫度降低，同時產(chǎn)生冷量。本文檔共50頁；當(dāng)前第25頁；編輯于星期六\8點47分透平膨脹機原理示意本文檔共50頁；當(dāng)前第26頁；編輯于星期六\8點47分透平膨脹機本文檔共50頁；當(dāng)前第27頁；編輯于星期六\8點47分3.空氣的分離

要獲得氧氮雙高濃度的產(chǎn)品，精餾塔必須滿足下列條件，即提餾段塔釜必須加熱蒸發(fā)，精餾段塔頂必須冷凝回流。由于精餾過程在很低的溫度下進行，一個精餾塔不能同時滿足這兩個條件，因此采用雙級精餾塔。雙級精餾塔由上塔、下塔和上下塔之間的冷凝蒸發(fā)器組成。下塔的作用是將空氣進行初步分離，得到液體氮和液體富氧空氣；上塔的作用是將空氣進一步分離，得到純氧和純氮。本文檔共50頁；當(dāng)前第28頁；編輯于星期六\8點47分雙級精餾塔

雙極精餾塔冷凝蒸發(fā)器上塔下塔將空氣進行初步分離得到液氮和富氧液空對富氧液空進行最后的分離得到純氧純氮是聯(lián)系上塔和下塔的換熱，為列管式換熱器，管內(nèi)與下塔相通，管間與上塔相通。管間的液氧吸收熱量而蒸發(fā)，管內(nèi)的氣體氮放出熱量而冷凝內(nèi)件板式塔或填料塔，上塔填料，下塔板式本文檔共50頁；當(dāng)前第29頁；編輯于星期六\8點47分雙級精餾塔本文檔共50頁；當(dāng)前第30頁；編輯于星期六\8點47分篩板注：下塔板數(shù)與氮純度有關(guān)，當(dāng)不產(chǎn)純氮時25塊即可，上塔板數(shù)取決于氧的純度，當(dāng)氧氣純度為98.5%時，大于50塊，為99.5%時，大于76塊。本文檔共50頁；當(dāng)前第31頁；編輯于星期六\8點47分板翅式換熱器本文檔共50頁；當(dāng)前第32頁；編輯于星期六\8點47分本文檔共50頁；當(dāng)前第33頁；編輯于星期六\8點47分板翅式換熱器實物本文檔共50頁；當(dāng)前第34頁；編輯于星期六\8點47分空分簡易流程圖

高壓氧氣高壓氮氣蒸汽空冷塔分子篩膨脹機空壓機下塔上塔增效塔

主冷粗氬氣空氣本文檔共50頁；當(dāng)前第35頁；編輯于星期六\8點47分本文檔共50頁；當(dāng)前第36頁；編輯于星期六\8點47分組成空分裝置的幾個系統(tǒng)整個空分裝置必須解決以下幾個問題：一、如何清除空氣中的雜質(zhì)；二、如何為裝置提供帶壓的空氣；三、如何將空氣冷卻到液化溫度；四、如何將空氣分離成氧、氮；五、如何將產(chǎn)品送到用戶；六、如何控制制氧過程中的正常進行。為此，空分裝置中相對應(yīng)的建立了以下幾個系統(tǒng)：一、雜質(zhì)的清除系統(tǒng)（空氣過濾器和純化系統(tǒng)）；二、空氣加壓系統(tǒng)（空壓機及增壓機系統(tǒng)）；三、空氣的冷卻和液化系統(tǒng)（預(yù)冷系統(tǒng)和膨脹機、換熱器系統(tǒng)）；四、空氣的精餾系統(tǒng)（分餾塔系統(tǒng)）；五、產(chǎn)品的輸送、貯存系統(tǒng)（壓氮系統(tǒng)和液體貯存系統(tǒng)）；六、儀電控制系統(tǒng)。37本文檔共50頁；當(dāng)前第37頁；編輯于星期六\8點47分空分流程空壓機預(yù)冷系統(tǒng)純化系統(tǒng)熱交換器氬系統(tǒng)精餾系統(tǒng)低壓氮氣膨脹機制冷增壓機高壓氧氣高壓氮氣壓力氮氣低壓氮壓機壓力氮壓機開工氮壓機本文檔共50頁；當(dāng)前第38頁；編輯于星期六\8點47分KDON58000/97500型空分裝置簡易流程

蒸汽空冷塔膨脹機空壓機下塔上塔增效塔

主冷壓力氮氣去壓縮機分子篩高壓氧氣高壓氮氣污氮氣去水冷塔粗氬氣低壓氮氣去壓縮機污氮氣去分子篩本文檔共50頁；當(dāng)前第39頁；編輯于星期六\8點47分空分流程過濾系統(tǒng)壓縮系統(tǒng)預(yù)冷系統(tǒng)純化系統(tǒng)本文檔共50頁；當(dāng)前第40頁；編輯于星期六\8點47分空氣過濾系統(tǒng)自潔式空氣過濾器作用：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)等組成使用方式：在吸氣負(fù)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。本文檔共50頁；當(dāng)前第41頁；編輯于星期六\8點47分空分壓縮系統(tǒng)原料空氣壓縮機和增壓空氣壓縮機作用：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（MAC)：357870Nm3/h,0.488MPa(G)增壓機(BAC)：一段流量154950Nm3/h,56950Nm3/h,2.099MPa(G)87000Nm3/h,6.99MPa(G)本文檔共50頁；當(dāng)前第42頁；編輯于星期六\8點47分預(yù)冷系統(tǒng)空冷塔作用：把出空壓機的高溫氣體（<105℃）冷卻到14℃結(jié)構(gòu)：填料塔使用方式：空氣從塔下部進入，在填料表面與自上而下流過的冷卻水和常溫水進行熱質(zhì)交換本文檔共50頁；當(dāng)前第43頁；編輯于星期六\8點47分純化系統(tǒng)分子篩純化系統(tǒng)作用：吸附空氣中水分、CO2、乙炔等碳?xì)浠衔锝Y(jié)構(gòu)：臥式圓筒體，內(nèi)設(shè)支承柵架使用方式：由于分子篩的吸附特性將空氣中的水份、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。本文檔共50頁；當(dāng)前第44頁；編輯于星期六\8點47分膨脹機系統(tǒng)膨脹機空分設(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，補充系統(tǒng)冷損。工作原理：工質(zhì)在透平膨脹機的通