深冷液化技术空气分离
深冷分离技术原理
深冷分离技术原理
深冷分离法，又称低温精馏法。
深冷分离是指利用不同气体的沸点差异，在高压下对混合气体进行降温液化处理，进而达到分离混合气体的目的。
现已广泛应用于分离空气中的氧气。
同时，深冷分离法也是石油化工行业分离裂解气的主要技术之一。
深冷法空气分离原理以空气为原料，经过压缩、净化、用热交换使空气液化成为液空。
液空主要是液氧和液氮的混合物，利用液氧和液氮的沸点不同，通过精馏，使它们分离来获得氮气和氧气。
深冷制氮的工艺流程：
1、空气压缩及净化
空气经空气过滤器清除灰尘和机械杂质后进入空气压缩机，压缩至所需压力，然后送入空气冷却器，降低空气温度。
再进入空气干燥净化器，除去空气中的水份、二氧化碳、乙炔及其它碳氢化合物。
2、空气分离
净化后的空气进入空分塔中的主换热器，被返流气体（产品氮气、废气）冷却至饱和温度，送入精馏塔底部，在塔顶部得到氮气，液空经节流后送入冷凝蒸发器蒸发，同时冷凝由精馏塔送来的部分氮气，冷凝后的液氮一部分作为精馏塔的回流液，另一部分作为液氮产品出空分塔。
由冷凝蒸发器出来的废气经主换热器复热到约130K进膨胀机膨胀制冷为空分塔提供冷量，膨胀后的气体一部分作为分子筛的再生和吹冷用，然后经消音器排入大气。
3、液氮汽化
由空分塔出来的液氮进液氮贮槽贮存，当空分设备检修时，贮槽内的液氮进入汽化器被加热后，送入产品氮气管道。
深冷制氮可制取纯度≧99.999%的氮气。
深冷空气分离法在制氧系统中的应用探析
深冷空气分离法在制氧系统中的应用探析摘要：地球生物和人类的发展与氧气息息相关,随着社会的进步和经济的快速发展,氧气的地位和作用日趋重要,其需求量也越来越大。
特别是在现代工业和医药产业中，氧气的应用愈加广泛，地位更加突出。
因此,研究节能、环保、安全、高效、高纯度的制氧技术。
已经成为氧气制造企业关注的重点，本文研究了深冷空气分离法在制氧系统中的应用，对氧气的制造与提取有一定的现实指导意义。
关键词：深冷空气分离法；制氧系统1 深冷空气分离法概述空气是多种气体的混合物，主要由氧、氮和氩、氖、氦、氪、氙等稀有气体组成,还包括二氧化碳和水蒸气等可变组成部分。
对空气进行分离的目的是从空气中分离出氧气,氮气或提取氦气、氩气等稀有气体，这些气体用途很广，所以空气分离装置在冶金、化工、石油、机械、采矿、食品、医药、军事等工业部门有着广泛的应用，空气分离法一般有深度冷冻、吸附、膜分离等方法。
其中深度冷冻法简称深冷法。
深冷分离法又称低温精馏法，是以空气为原料,经过压缩、净化、用热交换使空气液化成液氧、液氮和液态稀有气体的混合物，并利用液态气体沸点不同的特性，通过精馏,使各种气体分离来获得氮气、氧气和稀有气体。
深冷法一般分为两步:先制冷,再精馏，1.制冷，制冷的目的是通过不同的深度冷冻循环装置使空气液化，一般是利用膨肌机进行制冷，有些装置则设置高压空气节流阀进行节流制冷，为系统提供所需冷量。
2.精馏，精精馏是一种分离混合物中各组分的过程，利用混合物中各组分挥发度不同，从塔底加热物料，产生上升蒸汽与塔顶冷凝下来的回流液在塔盘或填料上充分地进行逆流接触，发生传热和传质过程，易挥发组分汽化进入气相，难挥发组分冷凝进入液相，如此反复多次，使混合物各组分得到分离的方法，空分的精馏塔一般采用双级精馏塔，它是由上塔，下塔和塔间的冷凝蒸发器组成，有些装置设有粗氩塔，为了获得更高纯度的氧气产品。
采用双级精馏塔的优点是使产品有较高的提取率，并能同时取得高纯氧和高纯氮，通过精馏，空气在双级精馏塔中进行分离,在下塔顶部产出液氮,在冷凝蒸发器中产出液氧。
空气深冷液化分离装置
项目一 空气分离
• 片状链上有钢架， 钢架悬挂在链的活动接头上， 钢架上铺有孔为１ ｍｍ２ 的细网。空气通过细网时， 将所含灰尘留在网上的油膜中， 随着链的回转， 附着的灰尘通过油槽时被洗掉， 并重新覆盖一层新 的油膜。
• 油浸式过滤器的效率一般为９３％ ～９９％， 通常用于大型空分装 置或含大量灰尘的场合， 并常与干袋式过滤器串联使用。
• 原料空气经过自洁式空气过滤器Ｓ１１４６ 除去灰尘及其他机械杂 质后， 在原料空气压缩机Ｋ１１６１ 中压缩至０. ６０ ＭＰａ （Ａ ） 左右。经空气冷却塔Ｅ２４１６ 预冷， 冷却水分段进入冷却塔内 ， 下段为循环冷却水， 上段为经过水冷塔Ｅ２４１７ 冷却的水， 空 气自下而上穿过空气冷却塔， 在冷却的同时， 又得到了清洗。
返流气体冷却到接近液化温度。与此同时， 冷的返流气体被复热。 • ４. 热不足损失和冷箱中向外
直接排放低温流体等因素， 分馏塔需要补充冷量。
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项目一 空气分离
• 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。
项目一 空气分离
• 空气深冷液化分离装置（简称空分装置、空分设备或制氧机）， 是 利用深度冷冻原理将空气液化， 然后根据空气中各组分的沸点不同 ， 在精馏塔内进行精馏， 获得氧、氮以及一种或几种稀有气体的装 置。氧气可用于煤气化及煤气化联合发电； 氮气用于合成氨生产化 肥、硝酸、塑料等。
• 空气是一种均匀的多组分混合气体， 根据地区条件的不同， 空气中 的二氧化碳、水蒸气以及乙炔等碳氢化合物的含量也有所不同。空气 的组成及各组分的沸点见表１－１。
• 三、空分装置的类型 • 根据冷冻循环压力的大小不同， 空分装置分为高压（７ ～ ２０ ＭＰ
深冷技术在空气分离设备设计中的应用 陈庆生
深冷技术在空气分离设备设计中的应用陈庆生摘要：空气分离技术在现阶段也是应用比较广泛的技术，在许多工程中都起到至关重要的作用。
深冷技术的专业性强度比较大，尽管进行了很多次的完善和改进，现如今，深冷技术依然需要不断的研究，才能使该技术扩大范围推广。
利用深冷技术的空分设备在工业上的利用比较广泛，比如炼钢厂或者煤化工厂中，本文主要研究煤化工厂中深冷技术在空分设备的应用，以及杭氧的58000NM3/H的空分。
另外，该技术的发展理念也在不断变化，为了适应这种变化，我们必须紧跟时代的步伐，让深冷技术走向成熟，提高空气分离设备的工作效率。
关键词：深冷技术；空气分离；设计应用在很多情况下都可以空气达到分离，如果是在非低温的情况下而达到的空气分离效果的叫做常温空分。
而这种方法又细分为变压吸附分离和膜分离两种。
还有一种方法是在低温条件下进行的，就叫做深冷空分技术。
这种方法主要是将金属材料的温度降低到室温下的特定的一个值，以保证可以改变金属材料的某种特性，达到空气分离的目的。
本文主要是研究深冷空分在空气分离中的应用。
该方法也一直在被探索和挖掘，新的科学理念被注入，让该方法更具活力。
本文简单介绍什么是深冷技术以及空气分离设备的组成，让人们更加了解这种技术，让这种技术得到广大推广。
一、对深冷技术的介绍以及空气分离设备的含义深冷技术就是利用冷媒介质作为冷却介质，将淬火后的金属材料的冷却过程继续下去，达到远低于室温的某一温度，从而达到发送金属材料性能的目的。
深冷技术是近年来兴起的一种发送金属工件性能的新工艺技术，是目前最有效、最经济的技术手段。
在进行深冷加工时，金属材料中有些过饱和的亚稳定马氏体的过饱和度会有所降低，此时，会有析出超细小的碳化合物，这种碳化合物和基体保持着碳化物还可以减少位错运动的发生，宏观物体的性能由微观性质决定，通过深冷的关系，这样金属材料的晶格畸变的现象就会大大减少，具有良好的性能。
不仅如此，这些技术改变了金属材料的微观性质，从而影响了金属材料的宏观性能，由于超微细的碳化物会沿着马氏体析出，减弱了晶界的脆化作用，加大了金属材料的强度。
分析深冷技术在空气分离设备设计中的应用
分析深冷技术在空气分离设备设计中的应用发布时间：2022-09-27T03:15:15.804Z 来源：《科技新时代》2022年5期3月作者：李凯龙[导读] 空气分离技术目前被广泛应用于冶金、化工、石油、机械、采矿、食品、军事等工业部门，李凯龙河南龙宇煤化工有限公司河南永城 476600摘要：空气分离技术目前被广泛应用于冶金、化工、石油、机械、采矿、食品、军事等工业部门，利用低温冷冻原理，通过空气分离设备将空气中的其他组成部分分离出来，给人类生存生活提供所需的原料。
近些年，随着工业不断向着产业化发展，工业水平得到了长足的进步，空气分离技术也有了非常广阔的发展空间，空气分离设备不断朝着智能化、数字化的方向在前进，无论是在运转稳定性、运转周期、分离速度等方面都有了非常显著的提高。
作为最常用的空气分离技术，深度冷冻（深冷）技术因为分离纯度高，工作效率高而被广泛使用，本文将分析深冷技术在空气分离设备设计中的应用，希望能够提高行之有效的理论基础。
关键词：深度冷冻技术、空气分离设备、设计、应用引言目前，空气分离技术大致包含深度冷冻、吸附、膜分离等几种方法，在这些方法中，研究成功最早、也是目前应用最广泛的就是深度冷冻技术。
1895年，德国人C.林德研究成功了一次节流循环液化空气的方法，这是最简单的深度冷冻循环。
深度冷冻又称深冷技术，大体含义就是通过冷却手段，将空气中的其他成分分离出来的一种技术。
因其效率高、成本低，近些年得到了非常广泛的使用，在空气分离设备中，应用深冷技术也成为最常用的选择。
改革开放以来，我国的经济实现了跨越式的发展，工业基础方面一改以往薄弱的形象，走上了大型化的发展道路，我国的空气分离设备也经过不断地发展，达到了世界领先的地位。
一、空气分离设备在我国的发展空气分离设备在实际设计时，基本上离不开两种方式，一种是在常温环境下进行的空气分离；而另一种就是我们今天要介绍的深冷空气分离，它具体就是指在低温环境下进行空气分离。
深冷空气分离技术
深冷空气分离技术深度冷冻法分离空气是将空气液化后，再利用氧、氮的沸点不同将它们分离。
即，造成气、液浓度的差异这一性质，来分离空气的一种方法。
因此必须了解气、混合物的一些基本特征：气-液相平衡时浓度间的关系：液态空气蒸发和冷凝的过程及精馏塔的精馏过程。
1. 空气的汽-液相的平衡，物质的聚集状态有气态、液态、固态。
每种聚集态内部，具有相同的物理性质和化学性质并完全均匀的部分，称为相。
空气在塔内的分离，一般情况下，物料精馏是在汽、液两相进行的。
空气中氧和氮占到99.04%，因此，可近似地把空气当作氧和氮的二元混合物。
当二元混合物为液态时，叫二元溶液。
氧、氮可以任意比例混合，构成不同浓度的气体混合物及溶液。
把氧、氮溶液置于一封闭容器中，在溶液上方也和纯物质一样会产生蒸汽，该蒸汽是由氧、氮蒸汽组成的气态的相混合物。
对于氧氮二元溶液，当达到汽液平衡时，它的饱和温度不但和压力有关，而且和氧、氮的浓度有关。
当压力为1at 时，含氮为0%，2%，10%的溶液的沸点列于表1-5。
从表可知，随着溶液中低沸点组分（氮）的增加，溶液的组和温度降低，这是氧-氮二元溶液的一个重要特性。
空气中含氩0.93%，其沸点又介于氧、氮之间。
表1-5溶液组成与沸点的关系在空气分离的过程中，氩对精馏的影响较大，特别是在制取高纯氧、氮产品时，必须考虑氩的影响。
一般在较精确的计算中，又将空气看作氧-氩-氮三元混合物，其浓度为氧20.95%，氩0.93%，氮78.09%（按容积）。
三元系的汽液平衡关系，可根据实验数据表示在相平衡图上。
确定三元系的汽液平衡状态时，必须给定三个独立参数，除给定温度、压力外，需再细定一个组分浓度（气相或液相）平衡状态才能确定。
2. 压力-浓度图和温度-浓度图 在工业生产中，气液平衡一般在某一不变条件下进行的。
在温度一定时可得如图1-13所示的压力-浓度的关系图（P-X 图）。
溶液组成沸点（vc ）（1at ） 氧% 氮%100 9690 02 10 89.88 89.32 87.37图1-13氧、氮P-X图图1-14氧、氮T-X图图1-13是根据T=常数，绘出的氧、氮平衡系的P-X图，纵坐标为压力，横坐标取氮的液相及气相浓度（也可取氧的浓度）。
深冷技术在空气分离设备设计中的应用
备 一 次性 投资 较 多 ， 行成 本 较 高 ， 运 产气 慢 （２ ４ ）安 装 要 求 高 、 期 较 长 。 合 设 １ ～２ ｈ ， 周 综
备 、 装及 基建 诸 因素 ， ５ ０ ｍ ／ 以下 的 安 ３０Ｎ ｈ
体 现 的 是 整 体 效 应 ， 以 可 对 工 件 进 行 重 从 而 减 少 系 统 压 力 的波 动 ， 压 缩 空 气 能 设备 ， 同规 格的 Ｐ Ａ装 置的 投资 规 模要 比 所 使 相 Ｓ
的负荷。 同时 ， 为 氧氮 分 离 系 统 在 进 行 吸 氮 就 显得 不经 济 。 也
１ 空气分离设备 的涵义
附 塔 工 作 切 换 时 ， 供 短 时 间 内 迅 速 升 压 提
随 着 国 民经济 迅 速发 展 ， 国内 相关 行 业 所 需 的 大 量 压 缩 空 气 ， 仅 使 吸 附 塔 内 压 参考文献 不 １ Ｂ． ｌ ｎ， Ｗ Ｗｏ ｄ ｒ ｎ ｓ 装备 均 向大 型化 方 向发 展 ， 配套 空气 分 离 力 很 快 上 升 到 工 作 压 力 ， 对 而且 还 保 证 了 设 ［］Ｋ． Ｗｉ ｏ Ｄ． ． ｏ ｗａｄ ａ ｄ Ｄ． 设备 要 求 也 日趋 大 型化 。 目前 ， 国空 气 分 备 可 靠 稳 定 的 运 行 。 我
放 国防 方 面 的需 要 ， 好 从 苏联 那 边 引进 “ 只 深 调 压 阀 、 空 部 件 等 组 成 。
制氧系统中深冷空气分离技术的运用探讨
制氧系统中深冷空气分离技术的运用探讨摘要：随着现代社会经济发展速度不断加快，氧气在各行业中的作用得以凸显，并且需求量也逐渐开始加大。
在现代工业以及医疗产业中，氧气所具备应用优势也得到凸显。
因此，研究高纯度制氧技术，已经成为现代氧气制造企业所关注的重点。
深冷空气分离法一般情况下能够较好应用于我国制氧企业中，尤其是部分纯度要求较高的大型空气分离技术方面。
本文研究深冷空气分离制氧特点，针对制氧系统中深冷空气分离技术的运动进行深入性探究，以期为现代制氧企业对氧气的制造和提取提供一定参考。
关键词：制氧系统；深冷空气分离技术；运用引言深冷空气分离法作为现代制氧企业最为常见制氧方式之一，也被称为低温精馏法。
从本质上来说，深冷空气法属于一种气体液化技术，研究人员根据空气中各组分沸点的不同，对空气中各组分采取连续多次的部分蒸发和冷凝后获取所需要的纯净氧气、氮气或者是稀有气体。
现代医学和工业行业发展，离不开氧气。
因此，如何制备出高纯度氧气，是现代科学研究的重要课题。
1深冷空气分离制氧的特点1.1对设备材料要求高制氧人员在对空气进行液化处理时，需要采用空气体积压缩及热交换的方式。
因此，制氧企业会对制氧设备的热传导材料提出较高的要求，制造低温设备材料时，需要选用较强耐压能力，并且接口焊接要求较高合金材料。
为防止外源热量传入，选用的热传导材料需要安装保冷箱，设备管道需要采用热绝缘性较为良好的材料对其进行包裹。
此外，保冷箱的填充物则需要选用一些热传导较为惰性的材料。
对此，我们需要注意的是，设备材料不可选用碳钢，这类材料较为脆弱并且无法承担强大的压力，导致制氧设备在运作时出现故障。
1.2杂质组分易产生问题空气中含有一定二氧化碳以及水蒸气，二者凝固点较高，氧气还未被液化时，他们就会逐渐开始成为固态。
在深冷空气分离制氧设备进行运作时，空气中的二氧化碳及水蒸气等杂质组分对管道及阀门出入口进行堵塞，等到精馏时，液态氧无法被分流出来，会对装置的正常运作产生影响。
第二章空分装置讲解
2-3 空气的液化
什么是空 气的液 化?
空气的液化指将空气由气相变为液相的过程， 目前采用的方法为给空气降温，让其冷凝。在空气 液化的过程中，为了补充冷损、维持工况以及弥补 换热器复热的不足，需要用到制冷循环。
内能 ：分子的动能和位能之和称为气体 一、制冷的热力学基础 的内能，用U来表示，单位为 J。动能与 气体的温度有关，位能取决于分子之间的 距离，即由气体的体积来决定。所以内能 也是状态参数。 内能的改变通常通过传热和做功两种方式 焓：内能和流动能之和， 来完成。 即 H=U＋pΔV，用H表示， 其单位也为J 可逆过程和不可逆过程：当 物系由某一状态变化到另一 状态时，若过程进行得足够 缓慢，或内部分子能量平衡 的时间极短，则这个过程反 过来进行时，能使物系和外 界完全复原，称此过程为可 逆过程。如不能完全复原， 称为不可逆过程。
4．大气中有害杂质的吸附及其影响
对分子筛有害的杂质有：二氧化硫、氧化氮、氯化氢、 氯、硫化氢和氨等。这些成分被分子筛吸附后又遇到水分
的情况下，会与分子筛起反应而使分子筛的晶格发生变化。 它们与分子筛的反应是不可逆的，因而降低了分子筛的吸 附能力。 H2S＋O2 → SO2＋H2O
SO2＋O2 → SO3 SO3＋H2O → H2SO4 NO＋O2 → NO2 NO2＋H2O → HNO3
中型和大型制取气态产品的装置
超低压 （0.3MPa 以下）
三、氧气、氮气的应用
氧气的应用 ：
化学性质非常活泼 ，化学活性很强，是一种强氧化
剂，用于金属的焊接及切割，广泛地应用于高炉及炼钢生 产中和铁钢的熔炼过程及轧钢过程中 ，也是化肥工业上
的煤汽化、重油汽化常用的汽化剂和氧化剂。
氮气的应用 ：
深冷法分离空气的基本原理
深冷法分离空气的基本原理一、空气的组成与产品（氮气、氧气）的制取空气是一种复杂的气体混合物，由多种气体组成。
干燥空气的组成，各类组份的性质不同，一般来说，常规情况下空气的组成可视为不变，只有二氧化碳在空气中的含量，随地区条件的不同有一些变化，另外空气中还含有少量的机械杂质、水蒸气、乙炔、甲烷、二氧化氮、一氧化碳等对空气分离有害的成分。
深冷法（低温法）分离空气的基本过程是：将空气压缩到所需要的压力后，先彻底去除空中的水蒸气与二氧化碳，而后送入分馏塔。
空气在分馏塔中的主换热器内与返流的产品气、富氧气体进行热交换，被冷却并部分液化，最后进入精馏塔。
空气在塔内变成液体聚积在塔底，利用氧、氮沸点之差使之分离，成为产品气和富氧空气。
分离产品经主换热器复热后送出分馏塔，产品气使用点，富氧气一部分去纯化器再生，多于富氧气出分馏塔直接放空。
水在0°C要结冰，二氧化碳在～79°C要变成干冰。
而在0.6 下的空气，其液化温度约为～172。
5°C，因此，如果水和二氧化碳不先除去，则随空气的冷却它们将先后变成冰和干冰，并随气体一起流动积聚，堵塞主换热器的空气通道、精馏塔筛板小孔、阀芯，影响装置的正常运转。
水、二氧化碳、润滑油一样，对空气分离装置低温部分危害极大。
空气中的碳氢化合物，特别是乙炔，在精馏过程中，如液空和液氧中的乙炔的浓度浓缩到一定程度就有爆炸的可能。
因此乙炔在液氧中的浓度规定不能超过0.1ppm。
空气中的不凝性气体，如氖、氦气，由于其冷凝温度太低，在空气设备的运行中，总是以气态集聚在冷凝蒸发器内，侵占冷凝蒸发器的热换面积，增大了热阻，影响热交换效果，因此也需要经常排放。
空气的深冷分离过程是一个物理过程，空气冷却与液化并使冷箱内的各部分冷却到各自的工作温度并始终维持在各自的工作温度，所需要的“冷量”主要是膨胀机提供的。
从上面的简单叙述中可以知道，深冷法分离空气一般包括以下一些过程：空气中的机械杂质的去除空气压缩到所需要的压力空气中水分、二氧化碳与乙炔的去除冷量的产生空气的冷却、液化与分离产品的复热液态空气的精馏、分离成产品气和富氧空气产品气的压缩与液化产品的贮存、运输和汽化此外还有保温与绝热、计量、检测与控制等内容。
深冷液化技术空气分离
1.08 × 10-4
3 × 10-4
1.429 1.250 1.734 ０.９
０.１７ ３.７４
８Hale Waihona Puke ３－ 182.97
－ 195.7
9
－ 185.8
6
－
－
－
246.08 268.938 153.4
深冷液化技术空气分离
Xe
8 × 10-6
4 × 10-5 ５.８９
６
－ 108.11
CO2 氮氧 化物
0.03 水
深冷液化技术空气分离
第二节 空气的净化
空气净化的目的是脱除空气中所含的机 械杂质、水分、二氧化碳、烃类化合物 (主要为乙炔)等杂质,以保证空分装置顺 利进行和长期安全运转。这些杂质在空 气中的一般含量见表⒈3。
深冷液化技术空气分离
一、机械杂质的脱除
机械杂质一般用设置在空气压缩机入口 管道上的空气过滤器脱除。
深冷液化技术空气分离
空气分离的方法和原理
利用沸点差将液态空气分离为氧、氮、氩的过程称之为精馏过程。深 冷与精馏的组合是目前工业上应用最广泛的空气分离方法； ２）吸附法：利用多孔性物质分子筛对不同的气体分子具有选择性咐附 的特点，对气体分子不同组分有选择性的进行吸附，达到单高纯度 的产品。吸附法分离空气流程简章，操作方便运行成本较低，但不 能获得高纯度的的双高产品。 ３）膜分离法：利用一些有机聚合膜的潜在选择性，当空气通过薄膜或 中空纤维膜时，氧气穿过膜的速度比氮快的多的特点，实现氧、氮 的分离。这种分离方法得到的产品纯度不高，规模也较小，目前只 适用于生产富氧产品。
nSiO2・mH20
式中，M(I)和M(Ⅱ)分别为一价和二价金 属离子，多半是钠和钙，n称为沸石的硅 铝比，硅主要来自于硅酸钠和硅胶，铝 则来自铝酸钠和Al(OH)3等，它们与氢氧 化钠水溶液反应制得的胶体物，经干燥 后便成沸石.
空气深冷液化分离PPT课件
五、纯氩的制取
1．传统提氩的流程
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五、纯氩的制取
2．全精馏无氢制氩 全精馏无氢制氩指粗氩塔和精氩塔全部采用规整填料塔， 在低温下精馏直接获得精氩。其技术的实现得益于规整 填料塔的应用，由于规整填料塔的阻力小，在粗氩塔内 安装的填料相当的理论塔板数更多，提高了粗氩塔的精 馏效果，使出粗氩塔的粗氩气中氧含量直接降至要求指 标（2ppm）以下。
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一、空分系统的的主要开车步骤
2.冷却阶段 冷却空分塔的目的，是将正常生产时的低温部分设备从 常温冷却到接近空气液化温度，为积累液体及氧和氮分 离准备低温条件。
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一、空分系统的的主要开车步骤
3.积液和调整阶段 此阶段的主要任务为逐步建立各精馏设备的液位，调整 各精馏装置至正常操作状态。
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一、空分流程的演变
5．常温分子筛净化增压膨胀空分流程 该流程是在常温分子筛净化全低压空分流程的基础上， 将膨胀机的制动发电机改成了增压机。增压机的作用是 将膨胀空气在膨胀过程中产生的功，直接用来使进膨胀 机的空气增压，膨胀机前压力的提高，就增加了单位膨 胀空气的制冷量，在空分设备所需冷量一定的情况下， 膨胀量就可减少下来，总的加工空气量也就相应降低， 这就是常温分子筛净化增压膨胀空分流程氧提取率能进 一步提高，能耗得以下降的原因。
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第三节 空气的液化
1 制冷的热力学基础 2 空气液化时的制冷原理 3 空气的液化循环
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一、制冷的热力学基础
1．空气的一些热力学参数 （1）内能 （2）焓 H＝U＋p△V （3）可逆过程和不可逆过程 （4）熵
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深冷技术在空气分离设备设计中的应用
深冷技术在空气分离设备设计中的应用摘要：深冷技术是指利用制冷剂作为冷却手段来冷却金属材料的过程。
在这个过程中，可以充分发挥金属材料的性能。
因此，这项技术近年来得到了广泛的应用，也是最高效、最节省成本的工艺。
在空气分离中，通过深度冷冻、吸附和膜分离从空气中分离氧气和氮气，或者同时提取稀有气体如氦气和氩气。
最常见的方法是深度冷冻。
关键词：深冷技术；空气分离设备；设计；应用；社会经济的发展为相关产业的发展提供了必要的保障，尤其是加速了工业化进程。
空气分离设备通过液化和精馏空气将空气分离成氮气、氧气和其他有用气体。
目前工业发展速度明显加快，空分设备也更加智能化、规模化，使得运行周期显著提升。
深冷技术的产生实现了设备工作效率的优化。
一、深冷技术的叙述深冷技术是指利用制冷剂作为冷却介质，将淬火后的金属材料继续冷却到远低于室温的某一温度(-196℃)，进而达到传递金属材料性能的目的。
近年来，随着空分设备设计的不断发展，深冷技术是目前最有效、最经济、最实用的技术，是金属工件性能传递的新技术。
在深冷加工中，金属中的大量残余奥氏体转变为马氏体，特别是在-196℃至室温的过程中，过饱和亚稳马氏体的过饱和会降低、析出和分散，超细碳化物与基体保持连贯关系，电流仅为20 ~ 60 A，这种现象可以减少马氏体晶格畸变和微应力。
在材料的塑性变形中，细小分散的碳化物可以阻碍位错运动，进而强化基体组织。
同时，析出的超细碳化物颗粒应均匀分布在马氏体基体上，有效削弱晶界脆化。
细化基体组织不仅能有效削弱晶界处杂质元素的偏析程度，还能充分发挥晶界强化的作用，从而大大提高工模具的性能，提高其硬度、冲击韧性和耐磨性。
深冷技术的应用不仅体现在工作面，还渗透到工件内部，呈现整体效果。
基于此，工件可以重新成型并多次使用。
在工件方面，深冷技术的应用也能有效降低淬火应力，增强尺寸稳定性。
二、深冷技术处理的作用阐释当处理后的材料置于特定可控的低温环境中，其微观结构会发生变化，进而优化和提高材料性能。
浅论深冷技术空气分离系统的应用
浅论深冷技术空气分离系统的应用摘要：在我国工业高速发展的今天，对高纯度气体需求量急剧增加，应用范围也越来越广泛，尤其是化工工业和金属工业以及材料工业。
过去几十年在发达国家空气分离产品是主要的化学制品。
其中氮和氩的产量增加了50~60%。
在深冷技术流程方面做出了突破性的改进,使得生产氧，氮，氩的能耗降低，纯净度和生产量提高。
新的制氧技术,集中使用在与煤气化综合循环发电一体化上。
小规模生产氮和氧已采用非低温分离技术。
计算机模拟方法有助于对高效率生产氧、氮的吸附流程的开发。
研制出了许多新型薄膜材料和膜分离制氮流程。
深冷技术在我国发展已经成熟，被应用于大规模生产，生产出的氧气纯度高，成本低，所以该技术应用广泛。
本文基于深冷技术的基本原理，建立了空气分离系统流程、并对深冷技术在我国发展的趋势以及现状进行简单分析。
关键词：深冷技术，空气分离，氧气，氮气，应用分析1 深冷技术行业的发展以及现状分析相对于西方工业技术高度发达国家我国深冷技术行业发展比较晚，早在1902年工业强国德国设计制造出世界第一台工业化利用深冷技术实现空气分离的设备，这就标志着本行业在发达国家已有百余年的发展历程。
而我国直至20 世纪50年代末期才开始小批量试制小型深冷空分设备，其差距非常大。
并且在市场经济体制不完善、宏观经济增长相对缓慢的背景下，我国深冷技术行业至 20 世纪 70 年代末期始终未得到快速发展。
20世纪80 年代以后，我国工业化进程大幅加速、基础建设投资快速增长，从而推动本行业进入高速发展期。
由于该阶段本行业的发展动力主要来自钢铁、有色金属等下游行业对于氧、氮、氩等工业气体的需求，因此我国深冷技术设备厂商纷纷将空气分离作为深冷技术研发的主攻领域。
经过多年的努力，我国深冷空分设备的设计、制造能力显著提升，目前已能够跻身世界先进行列。
2深冷技术的空气分离概述：空分的含义可以理解为利用物理和化学方法把空气中的各种混合物分离开，然后在萃取高纯度的氧，氮，氩以及其他稀有气体的过程称为空气分离。
空气深冷液化
一空气的净化1空气中含有灰尘、水蒸气、二氧化碳和乙炔等物质。
在空气液化分离过程中，灰尘能磨损压缩机，堵塞管道；水蒸气、二氧化碳在低温下会凝固成冰和干冰，堵塞管道和设备；乙炔在含氧介质中受到摩擦、冲击或静电作用，会引起爆炸。
为了保证分离过程顺利进行和装置长期安全运转。
，首先必须将这些物质彻底清除。
空气中的灰尘一般采用油浸式过滤器或干代式过滤器清除.?脱除二氧化碳，水蒸气的方法一般有吸附法和冻结法。
吸附法是空气通过装有硅胶或分子筛的吸附器，二氧化碳和水蒸气被硅胶或分子筛吸附，达到清除的目的。
冻结法是在低温下，水分和二氧化碳以固态形式冻结在切换式换热器（蓄冷器或可逆式换热器）的通道内而被除去，经过一定时间间隔后，自动将通道切换，让干燥的返流气体通过该能通道，使前一阶段冻结的水分和二氧化碳在该气流中蒸发、升华而被带出装置。
此外，也可采用8％～10％的氢氧化钠溶液洗涤空气中的二氧化碳。
Y清除空气中的乙炔是采用吸附法。
在低温下乙炔呈固体微粒状浮在液体空气或液体氧中，当它们通过装有硅胶的吸附器时，乙炔被硅胶吸附而除去。
2 氩对空气精馏的影响空气中含有0.932%的氩，它的沸点介于氮氧之间，因而在分离空气时，它不是混在氮气中就是混在氧气中，要同时制得纯氮及氧是不可能的。
例如，理论上当氮氧完全分离时，若氮气的纯度是100％，则氧气含氩量为：0.932/20.93+0.932＝4.25％，即氧的纯度为95.75％；若氧的纯度是100％，则氮中含氩量为：0.932/78.03+0.932=1.18%，即氮的纯度为98.82％。
为了同时获得较纯的氮气和氧气，必须采取一定的措施，对于小型高、中压空分装置可采取上塔抽出氩馏分的措施。
对于大中型低压空分装置，一般采用在上塔顶部抽出含氧量较少的不纯氮气（通称污氮）的措施，使空气带入的大部分氩随这股不纯氮气带出精馏塔。
二空气的液化与分离1.温熵图的构成和应用6v<在空气的液化过程中用T-S图可表示物系的变化过程.并可以直接从图上求出温度,压力,焓和熵的变化值.]图1－1为空气的T-S（简图）。
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深冷液化技术空气分离
我国空分流程的技术发展
➢ 空分设备是由诸多配套部机组成的成套设备，我国空分于1953年 起步，经过５０多年的发展，从第一代小型空分流程发展到目前 的第六代大型全精馏无氢制氩工艺流程。每一次空分设备流程的 变革和推进，都是新技术、新工艺的创新。透平膨胀机的产生， 实现了大型空分设备全低压流程；高效板翅式换热器的出现，使 切换板翅式流程取代了石头蓄冷器、可逆式换热器流程，使装置 冷量回收效率更高；增压透平膨胀机的出现极大的提高了膨胀机 的制冷效率并把输出的外功有利的得到回收；常温分子筛净化流 程替代了切换式换热器，使空分装置净化系统的安全性、稳定性 得到极大提高 并使能耗大大降低，随着规整填料和低温液体泵 在空分装置中的应用，进一步降低了空分设备的能耗，实现了全 精馏无氢制氩，使空分设深冷备液在化高技术效空、气分节离能、安全等
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第二节 空气的净化
空气净化的目的是脱除空气中所含的机 械杂质、水分、二氧化碳、烃类化合物 (主要为乙炔)等杂质,以保证空分装置顺 利进行和长期安全运转。这些杂质在空 气中的一般含量见表⒈3。
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一、机械杂质的脱除
机械杂质一般用设置在空气压缩机入口 管道上的空气过滤器脱除。
常用的空气过滤器分湿式和干式两类。 湿式包括拉西环式和油浸式;干式包括袋 式、干带式和自洁式
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1.拉西环式过滤器 拉西环式过滤器由钢制外壳和装有拉西环的插
人盒构成见图⒈1,拉西环上涂有低凝固点的过 滤油。空气通过时,灰尘等机械杂质便附着在拉 西环的过滤油上,拉西环式过滤器通常适用于小 型空分装置。
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四、氧、氮的应用
1.氧的应用 A工业应用， B医疗保健
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2.氮的应用 氮气主要用于生产合成氨,另外还广泛地用于化
工、冶金、原子能、电子(石油、玻璃、食品 等工业部门作保护气。 液氮可用于国防工业,作为火箭燃料的压送剂和 作宇宙航行导弹的冷却装置。此外,液氮还广泛 地用于科研部门作低温冷源,以及用于金属的低 温处理、生物保存、冷冻法医疗和食品冷藏等。
0.046
１.９７ ７
－ 78.44 （升）
空气的组成
➢ 氧、氮、氩和其他物质一样，具有气、液和固三态。在常温常压 下它们呈气态。在标准大气压下，氧被冷凝至－18３℃，氮被冷 凝至－1９６℃，氩被冷凝至－18６℃即会变为液态，氧和氮的 沸点相差１３ ℃，氩和氮的沸点相差１０ ℃，空气的分离就是 充分利用其沸点的不同来将其进行分离。
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三、空气分离的基本过程
➢ 从原理上划分空气分离包括下列过程： ➢ 1空气的过滤和压缩 ➢ 2空气中水分和二氧化碳等杂质的去除 ➢ 3空气冷却和液化 ➢ 4冷量的制取 ➢ 5精馏 ➢ 6危险杂质的去除
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三、空分装置类型
跟据冷冻循环压力的大小,空分装置分为 高压(7~⒛MPa)、中压(⒈5~2.5MPa)和 低压(小于1MPa)三种基本类型。
1.08 × 10-4
3 × 10-4
1.429 1.250 1.734 ０.９
０.１７ ３.７４
８
பைடு நூலகம்
３
－ 182.9
7
－ 195.7
9
－ 185.8
6
－
－
－
246.08 268.938 153.4
深冷液化技术空气分离
Xe
8 × 10-6
4 × 10-5 ５.８９
６
－ 108.11
CO2 氮氧 化物
0.03 水
深冷液化技术的
深冷液化技术空气分离
第一节概述
一、空气分离的方法和原理
➢ 空分的含义：简单说就是利用物理或者化学方法将将空气混合物 各组进行分开，获得高纯氧气和高纯氮气以及一些稀有气体的过 程。
➢ 空分分离的方法和原理： 空气中的主要成分是氧和氮，它们分别以分子状态存在，均
匀地混合在一起，通常要将它们分离出来比较困难，目前工业上 主要有３种实现空气分离方法。 １）深冷法（也称低温法）：先将混合物空气通过压缩、膨胀和降 温，直至空气液化，然后利用氧、氮汽化温度（沸点）的不同 （在标准大气压下，氧的沸点为﹣１８３℃；氮的沸点为﹣１９ ６ ℃，沸点低的氮相对于氧要容易汽化这个特性，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，低沸点组分氮 较多的蒸发，高沸点组分氧较多的冷凝的原理，使上升蒸气氮含 量不断提高，下流液体中的氧含量不断增大，从而实现氧、氮的 分离。要将空气液化，需将空气冷却到﹣１７３ ℃以下的温度， 这种制冷叫深度冷冻（深冷）；而
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空气分离的方法和原理
利用沸点差将液态空气分离为氧、氮、氩的过程称之为精馏过程。深 冷与精馏的组合是目前工业上应用最广泛的空气分离方法； ２）吸附法：利用多孔性物质分子筛对不同的气体分子具有选择性咐附 的特点，对气体分子不同组分有选择性的进行吸附，达到单高纯度 的产品。吸附法分离空气流程简章，操作方便运行成本较低，但不 能获得高纯度的的双高产品。 ３）膜分离法：利用一些有机聚合膜的潜在选择性，当空气通过薄膜或 中空纤维膜时，氧气穿过膜的速度比氮快的多的特点，实现氧、氮 的分离。这种分离方法得到的产品纯度不高，规模也较小，目前只 适用于生产富氧产品。
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二、空气的组成
组分 氧 氮 氩 氖 氦
氪氙
二氧 其它 化碳
分子 式
体积 含量
重量 含量
气体 密度
沸点
O2
N2
Ar
Ne
He
Kr
20.93 78.03 0.932 23.1 75.6 1.286
1.5～ 1.8
× 10-3
1.2 ×10-3
4.6～5.3 × 10-4
7 × 10-3
我国空分流程的技术发展
方面取得了进步。随着计算机的广泛应用，空分装置的自动控制、 变负荷跟踪调节等变得更为先进。 ➢ 第一代：高低压循环，氮气透平膨胀，吸收法除杂质； ➢ 第二代：石头蓄冷器，空气透平膨胀低压循环； ➢ 第三代：可逆式换热器； ➢ 第四代：分子筛纯化； ➢ 第五代：规整填料，增压透平膨胀机的低压循环； ➢ 第六代：内压缩流程，规整填料，全精馏无氢制氩。