空分基础知识

空分基础知识

空气中主要组份的物理特性如下

空气中99.04%是氧气和氮气，0.932%是氩气，它们的体积百分比基本不变。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即有发生爆炸的可能，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。

氧气的用途:

氧气是地球上一切生命有机体赖以生存的物质，它的化学性

质非常活泼，很容易与其他物质化合生成氧化物。利用这一

物质，氧在冶金、化工、国防工业等部门都得到广泛的应用。

在甲醇合成的生产中，氧气与煤浆进行部分氧化反应，可生

产出有效的原料气：氢气、一氧化碳。

氮气的用途：

(1) 氮的分子结构十分稳定，通常很难同其它物质发生化学

反应，表现出很大的惰性，所以工业上常用它来作为保护气。(2) 充氮气贮藏水果、蔬菜是一种先进的贮藏保鲜方法，它

使水果、蔬菜在高氮低氧的环境中减缓新陈代谢，并进入冬

眠状态，抑制后熟，从而长期保鲜。

(3) “真空充氮”，贮藏大米及其它粮食，可使粮食不蛀虫、不

发热、不霉变。

(4) 氮是植物生长的重要养分之一，空气中的氮很难被：随

物直接吸收，人们一般通过生产合成氨，然后以氨为原料，

生产备种能够被植物吸收的氮肥，如尿素。

空气分离主要有三种方法：

1低温法：先将空气通过压缩、膨胀降温，直至空气液化，

在利用氧、氮的气化温度（沸点）不同，沸点底的氮相对于氧要容易气化这个特性，在精馏塔内让温度较高的蒸气与温度较低的液体不断相互接触，液体中的氮较多地蒸发，气体中的氧较多地冷凝，使上升蒸气中含氮量不断提高，下流液体中的含氧量不断增大，以此实现将空气分离。要将空气液化需将空气冷却到-173.15℃以下的温度，这种制冷叫“深度冷冻”；而利用沸点差将液空分离的过程叫“精馏过程”。低温法实现空气分离是深冷与精馏的组合，是目前应用最为广泛的空气分离方法。

2吸附法：它是让空气通过充填有某种多孔性物质——分子筛的吸附塔，利用分子筛对不同的分子具有选择性吸附的特点，有的分子筛（如5A、13X等）对氮具有较强的吸附性能，让氧分子通过，因而可得到纯度较高的氧气；有的分子筛（碳分子筛等）对氧具有较强的吸附性能，让氮分子通过，因而可得到纯度较高的氮气。由于吸附剂的吸附容量有限，当吸附某种分子达到饱和时，就没有继续吸附的能力，需要将被吸附的物质驱赶掉，才能恢复吸附的能力。这一过程叫“再生”。因此，为了保证连续供气，需要有两个以上的吸附塔交替使用。再生的方法可采用加热提高温度的方法（TSA)或降低压力的方法（PSA）.这种方法流程简单，操作方便，运行成本较低，但要获得高纯度的产品较为困难，产品氧的纯度在93%左右。并且，它只适宜于容量不太大（小于

4000m3/h）的分离装置。

3膜分离法：它是利用一些机聚合膜的渗透选择性，当空气

通过薄膜或中空纤维膜时，氧气的穿透过薄膜的速度约为氮

的4~5倍，从而实现氧、氮的分离。这种方法装置简单，操

作方便，启动快投资少，但富氧浓度一般适宜在28%~35%，

规模也只宜中、小型，所以只适用于富氧燃烧和医疗保健等

方面。目前在玻璃窑炉中已得到实际应用。

基本原理及过程

什么叫精馏

概括地说，精馏是利用两种物质的沸点不同，多次地进行混合蒸气的部分冷凝和混合液体的部分蒸发的过程，以达到分离的目的。空气分离的基本原理，是利用液化空气中各组份沸点的不同而将各组份分离开来。要达到这个目的，空分分离设备的工作包括下列过程：1.空气的过滤和压缩 2．空气中水份和二氧化碳的清除3．空气被冷却到液化温度 4．冷量的制取 5．液化 6．精馏 7．危险杂质的排除。

空分设备有几种类型

制氧机又叫空气分离设备（简称空分设备），它的种类多，根据不同的分类方法，有许多不同种类。

按产品纯度分类：可分为氧纯度99.2%以上的高纯氧装置、95%左右的低纯氧装置，低于35%的富氧装置

按产品种类分类：可分为单纯生产高纯度氧的单高产品装置、同时

生产高纯氧和高纯氮的双高产品装置；附带提取稀有气体的提氩装置或全提取装置。

按产品形式分类：可分为生产气态产品的装置、生产液态产品的装置和同时生产气态和液态产品的装置。

按产品的数量不同分类：可分为800m3/h以下的小型设备、1000~6000m3/h的中型设备10000m3/h以上的大型设备。

按分离方法分类：可分为低温精馏法、分子筛吸附法、薄膜渗透法。按工作压力分类：可分为10.0~20.0MPa的高压装置、1.0~5.0MPa 的中压装置、0.5~0.6MPa的全低压装置。

低温法分离空气设备均由以下四部分组成：空气压缩、膨胀制冷；空气中水份、杂质等净除；空气通过换热冷却、液化；空气精馏、分离；低温产品的冷量回收及压缩。各部分实现方法和采用的设备不同，组成不同的流程。工作压力分为高压流程、中按压流程、和低压流程。

高压流程的工作压力高达10.0~20.0MPa，制冷量全靠节流效应，不需要膨胀机，操作简单，只适用于小型制氧机和

液氮机。中压流程的工作压力在 1.0~5.0MPa，对于小型空

分装置由于单位冷损大，需要有较大的单位制冷量来平衡，

所以要求工作压力较高，此时，制冷量主要靠膨胀机，但是

节流效应制冷量也占较大的比例。低压流程的工作压力接近

下塔压力，它是目前应用最广大的流程，该装置具有低的单

位能耗；按膨胀机的型号分为活塞式、透平式和增压透平式。