空气分离地基本原理空气分离地基本原理是利用低温精馏法1.docxVIP

《空 气分离流程工艺》 课程： 过程装备成套技术 姓名：刘小菲 学号 :学院：石油化工学院 班级：基地一班 一．空气分离简介及基本原理 空气分离 简称空分，利用空气中各组分物理性质不同（见表），采 用深度冷冻 、吸附 、膜分离 等方法从空气中分离出 氧气 、氮气 ，或同时 提取氦气、氩气等 稀有气体 的过程。 空气分离最常用的方法是深度冷冻法 （如图示） 。此方法可制得氧、 氮与稀有气体 , 所得气体产品的纯度可达 98.0 ％～ 99.9 ％。此外 , 还采用 分子筛吸附法分离空气 ( 见变压吸附 ), 后者用于制取含氧 70 ％～ 80 ％的 富氧空气。近年来，有些国家还开发了固体膜分离空气的技术。氧气、氮气及氩气、氦气等稀有气体用途很广，所以空气分离装置广泛用于冶金、化工、石油、机械、采矿、食品、军事等工业部门。 空气分离的基本原理是利用低温精馏法，将空气冷凝成液体，按 照各 组分蒸发温度的不同将空气分离。双级精馏塔在上塔顶部和 底部同时获得 纯氮气和纯氧气；也可以在主冷的蒸发侧和冷凝侧 分别取出液氧和液氮。 精馏塔中空气分离分为两级，空气在下塔 进行第一次分离，获得液氮，同时得到富氧液空；富氧液空被送 向上塔进行精馏，获得纯氧和纯氮。上塔又分为两段 : 以液空进料 口为界，上部为精馏段，精馏上升气体，回收氧组分，提纯氮气 纯度，下段为提馏段，将液体中的氮组分分离出来，提高液体的 氧纯度。 二．空气设备 简史 50 年代，由于吹氧炼钢和高炉鼓风工艺的推广应用以及氮肥工 业的迅速发展， 空气分离设备向大型化发展， 并应用了近代的科研成果，如采用透平压缩机、 透平膨胀机 、板翅式换热器 、微型计算机和分子筛吸附器等设备之后，空气分离设备不断得到改进和完善，设备中的空气 压力从高压（ 20 兆帕）降到低压（小于 1 兆帕） , 单位产品的电耗也逐 渐下降（每立方米氧的电耗从 1.5 降至 0.6 千瓦·小时）。现代空气分 离设备能生产各种容量、不同纯度的气态或液态产品，也能制造超高纯 度的氧和氮（如含氧 99.998 ％和含氮 99.9995 ％）空气分离设备还能根 据用户的需要，通过电子计算机的控制，随时增减产品的数量，达到经 济用氧的目的。到 80 年代，大型空气分离设备的氧气生产能力已达到 70000 米 ( ／时；空气压力下降到 0.36 兆帕；连续运转周期可达 2 年以 上。 分类 空气分离设备是由多种机械和设备组成的成套设备， 常按空气压力 来分类。常用的有高压、中压和低压 3 种． 低压设备由于电耗低、 连续运转周期长、 经济效益高， 被广泛采用。 低压空气分离设备 。整个设备由空气压缩系统、杂质净化和换热系统、 制冷系统和液化精馏 4 个主要系统组成。 相应的机械设备有空气透平压 缩机、空气冷却塔、透平膨胀机和分馏塔等。低压空气分离设备的工作 原理建立在液化循环和精馏理论基础上进入的空气先经空气过滤器 , 而 后由透平压缩机空气冷却塔压缩和冷却到压力为 0.5 兆帕、温度为 303K 左右 , 再进入切换式换热器 (E1 、 E2) 两换热器能清除空气中的水和二氧 化碳 , 并进行热交换 , 把空气冷却到接近液化温度 (101K) 后送入下塔， 从 下塔抽出一部分空气送到换热器 (E2) 加热。加热的空气与下塔来的少量 冷空气汇合后进入透平膨胀机绝热膨胀，产生需要的冷量，然后被送往 上塔精馏。 余下的空气在下塔初步精馏。 在底部得到含氧 38 ％的液化空 气，在下塔的顶部得到含氮 99.99 ％的纯液氮， 在中部获得含氮约 95％ 的污液氮。液化空气、纯液氮、污液氮分别从下塔抽出通过节流阀减压 到约 0.05 兆帕，送入上塔作回流液，在此进行第二次深低温精馏 , 在上 塔底部得到含氧 99.6 ～ 99.8 ％的高纯度氧气，流经换热器 (E4 、E2、E1) 与空气进行热交换，升温到大气温度后排出塔外。在上塔顶部获得含氮 99.999 ％的高纯度氮气， 在上塔中部得到含氮约 96％的污氮， 均经换热 (E3 、E4、E2、 E1) 复热到大气温度后排出装置。位于上、下塔之间的冷凝蒸发器也是一种换热器，它的功用是通过换热，将上塔底部的液氧蒸发，而将下塔的气氮冷凝，故称冷凝蒸发器。液氧蒸发后一部分作为产品输出，其余部分作为上塔精馏所需的上升蒸气。下塔冷凝的液氮，一部分送往上塔作上塔回流液，另一部分作为下塔精馏所需要的回流 液。因此，冷凝蒸发器是使上、下塔能起精馏作用的不可缺少的设备之 一。除上述主要设备外 , 冷箱内还有吸附器 , 它能吸附未被冻结在换热器 (E1 、E2) 中的杂质二氧化碳和易爆物质。箱内还设有液氧泵，使液氧循 环流动和清除致爆物质，以保证设备的安全