空分学习资料

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1、一、空分工艺概述：1、工作原理空分设备的工作原理是根据空气中各组分沸点不同，经加压、预冷、纯化并利用大部分由透平膨胀机提供的冷量使之液化再进行精馏从而获得所需的氧、氮产品。装置的工作包括下列过程：⑴空气的过滤和压缩⑵空气中水份和二氧化碳的消除⑶空气被冷却到液化温度⑷冷量的制取⑸液化⑹精馏⑺危险杂质的排除1.1空气的过滤和压缩大气中的空气先经过空气过滤器过滤其灰尘等机械杂质，然后在空气透平压缩机中被压缩到所需的压力，由中间冷却器提供级间冷却，压缩产生的热量被冷却水带走。1.2空气中水份和二氧化碳的清除加工空气中的水份和二氧化碳若进入空分设备的低温区后，会形成冰和

2、干冰，就会阻塞换热器的通道和塔板上的小孔，因而配用分子筛吸附器来予先清除空气中的水份和二氧化碳，进入分子筛吸附器的空气温度约为10℃。分子筛吸附器成对切换使用，一只工作时另一只在再生。1.3空气被冷却到液化温度空气的冷却是在主换热器中进行的，在其中空气被来自精馏塔的返流气体冷却到接近液化温度。与此同时，低温返流气体被复热。1.4冷量的制取由于绝热损失、换热器的复热不足损失和冷箱中向外直接排放低温流体，分馏塔所需的冷量是由空气在膨胀机中等熵膨胀和等温节流效应而获得的。1.5液化在起动阶段，加工空气在主换热器和过冷器中与返流低温气体换热而被部分液化，在正常运行中，

3、氮气和液氧的热交换是在冷凝蒸发器中进行的，由于两种流体压力的不同，氮气被液化而液氧被蒸发，氮气和液氧分别由下塔和上塔供给，这是保证上、下塔精馏过程的进行所必需具备的条件（注：起动时，大部分气体也是在主冷中被冷却至液化温度而被液化的）。1.6精馏空气中主要组份的物理特性如下表1.1和表1.2表1.1名称化学符号体积百分比重量百分比氮氧氩二氧化碳氦氖氪氙N2O2ArCO2HeNeKrXe78.0920.950.9020.030.000460.00160.000110.00000875.523.11.290.050.000060.00110.000320.00004

4、表2.2名称化学符号气化温度℃熔化温度℃比重临界点Kg/m3Kg/L℃10-1MPa(G)氮氧氩氦氖氪氙N2O2ArHeNeKrXe-195.8-183-185.7-268.9-246.1-153.2-108.0-209.86-218.4-189.2-272.55-248.6-157.2-111.81.251.431.7820.180.7481.7351.6640.811.141.40.1251.2042.1553.52-147-119-122-267.7-228.7-63.7+16.634.551.349.592.33528.135660.1空气中99.04

5、%是氧气和氮气，0.932%是氩气，它们基本不变。氢、二氧化碳和碳氢化合物视地区和环境在一定范围内变化，空气中的水蒸汽含量随着饱和温度和地理环境条件影响而变化较大。水蒸汽和二氧化碳具有和空气大不相同的性质，在大气压力下，水蒸汽达到0℃和二氧化碳达到-79℃时，就分别变成冰和干冰，就会阻塞板式换热器的通道和筛板上的小孔。因此这些组份必须在空气进冷箱前除去。空气中的危险杂质是碳氢化合物，特别是乙炔。在精馏过程中如乙炔在液空和液氧中浓缩到一定程度就有发生爆炸的可能，因此乙炔在液氧中含量规定不得超过0.1PPm，这必须予以充分的注意。稀有气体中的不凝性气体如氖氦气，由

6、于其冷凝温度很低，总以气态集聚在冷凝蒸发器中，侵占了换热面积，而影响换热效果，因此也要经常排放。分离过程可获得相当产量的高纯度产品。空气的精馏是在氧—氮混合物的气相与液相接触之间的热质交换过程中进行的，气体自下而上流动，而液体自上而下流动，该过程由筛板（填料）来完成。由于氧、氮组份沸点的不同，氮比氧易蒸发，氧比氮易冷凝，气体逐板（段）通过时，氮浓度不断增加，只要有足够多的塔板（填料），在塔顶即可获得高纯度的氮气；反之液体逐板（段）通过时，氧浓度不断增加，在下塔底部可获得富氧液空，在上塔底部可获得高纯度氧气。在下塔中空气被初次分离成富氧液空和氮气，液空由下塔底部

7、抽出后经节流送入和液空组份相近的上塔某段上，一部分液氮由下塔顶部抽出后经节流送入上塔顶部，液空和液氮在节流前先在过冷器中过冷。空气的最终分离是在上塔进行。产品氧气是由上塔底部抽出，而氮气由上塔顶部抽出，并通过主换热器复热到常温后送出。1.7危险杂质的排放空气中的危险杂质是碳氢化合物，特别是乙炔。在精馏过程中如乙炔在液空和液氧中浓缩到一定程度就有发生爆炸的可能，因此乙炔在液氧中含量规定不得超过0.1PPm，这必须引起充分的注意。在冷凝蒸发器中，由于液氧的不断蒸发，将会使碳氢化合物有浓缩的危险，但是只要从冷凝蒸发器中连续排放部分液氧就可防止浓缩。而当在冷凝蒸发器中

8、提取液氧时，就可不用再另外排放液氧来防