气体分离和纯化系统
空气分离的几种方法
绪 论一、空气分离的几种方法1、 低温法（经典，传统的空气分离方法）压缩 膨胀低温法的核心2、 吸附法：利用固体吸附剂（分子筛、活性炭、硅胶、铝胶）对气体混合物中某些特定的组分吸附能力的差异进行的一种分离方法。
特点：投资省、上马快、生产能力低、纯度低（93%左右）、切换周期短、对阀的要求或寿命影响大。
3、 膜分离法：利用有机聚合膜对气体混合物的渗透选择性。
2O 穿透膜的速度比2N 快约4-5倍，但这种分离方法生产能力更低，纯度低（氧气纯度约25%~35%）二、学习的基本内容1、 低温技术的热力学基础——工程热力学：主要有热力学第一、第二定律；传热学：以蒸发、沸腾、冷凝机理为主；流体力学：伯努利方程、连续性方程；2、 获得低温的方法绝热节流相变制冷等熵膨胀3、 溶液的热力学基础拉乌尔定律、康诺瓦罗夫定律（1、2 ，空分的核心、精馏的核心）4、 低温工质的一些性质：（空气 、O 、N 、Ar ）5、 液化循环（一次节流、克劳特、法兰德、卡皮查循环等）6、 气体分离（结合设备）三、空分的应用领域1、 钢铁：还原法炼铁或熔融法炼铁（喷煤富氧鼓风技术）；2、 煤气化：城市能源供应的趋势、煤气化能源联合发电；3、 化工：大化肥、大化工企业，电工、玻璃行业作保护气；4、 造纸：漂白剂；5、 国防工业：氢氧发动机、火箭燃料；6、 机械工业；四、空分的发展趋势○ 现代工业——大型、超大型规模；○ 大化工——煤带油：以煤为原料生产甲醇；○ 污水处理：富氧曝气；○ 二次采油；第一章 空分工艺流程的组成一、工艺流程的组织我国从1953年，在哈氧第一台制氧机，目前出现的全低压制氧机，这期间经历了几代变革：第一代：高低压循环，氨预冷，氮气透平膨胀，吸收法除杂质；第二代：石头蓄冷除杂质，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；○全低压工艺流程：只生产气体产品，基本上不产液体产品；○内压缩流程：化工类：5~8MPa ：临界状态以上，超临界；钢铁类：3.0 MPa ，临界状态以下；二、各部分的功用 净化系统 压缩 冷却 纯化 分馏 （制冷系统，换热系统，精馏系统）液体：贮存及汽化系统；气体：压送系统；○净化系统：除尘过滤，去除灰尘和机械杂质；○压缩气体：对气体作功，提高能量、具备制冷能力；（热力学第二定律）○预冷：对气体预冷，降低能耗，提高经济性有预冷的一次节流循环比无预冷的一次节流循环经济，增加了制冷循环，减轻 了换热器的工作负担，使产品的冷量得到充分的利用；○纯化：防爆、提纯；吸附能力及吸附顺序为：2222CO H C O H >>；○精馏：空气分离换热系统：实现能量传递，提高经济性，低温操作条件；制冷系统：①维持冷量平衡 ②液化空气膨胀机 h W ∆+方法节流阀 h ∆膨胀机制冷量效率高：膨胀功W ；冷损：跑冷损失 Q1复热不足冷损 Q2生产液体产品带走的冷量Q3321Q Q Q Q ++≥第一节 净化系统一、除尘方法：1、 惯性力除尘：气流进行剧烈的方向改变，借助尘粒本身的惯性作用分离；2、 过滤除尘：空分中最常用的方法；3、 离心力除尘：旋转机械上产生离心力；4、 洗涤除尘：5、 电除尘：二、空分设备对除尘的要求对0.1m μ以下的粒子不作太多要求，因过滤网眼太小，阻力大；对0.1m μ以上的粒子要100%的除去；三、过滤除尘的两种过滤方式1、内部过滤：松散的滤料装在框架上，尘粒在过滤层内部被捕集；2、表面过滤：用滤布或滤纸等较薄的滤料，将尘粒黏附在表面上的尘粒层作为过滤层，进行尘粒的捕集；自洁式过滤器：1m μ以上99.9%以上；阻力大于1.5KPa 。
气体纯化器原理
气体纯化器原理
气体纯化器是一种用于去除气体中杂质和污染物的设备。
其原理基于一系列物理和化学过程，包括吸附、催化反应和分离等。
吸附是气体纯化器的主要原理之一。
它利用吸附剂的特性吸附气体中的杂质。
吸附剂通常是一种多孔性材料，例如活性炭或分子筛。
这些材料的大表面积和孔隙结构能够吸附气体分子，将杂质分子从气体中去除。
催化反应也是常用的气体纯化原理之一。
在催化反应中，气体通过催化剂时，污染物会与催化剂表面发生化学反应，从而转化为较为无害的物质。
催化反应通常需要一定的温度和气体浓度条件，以促进反应的进行。
除了吸附和催化反应，气体纯化器还可以利用物理分离的原理去除气体中的杂质。
物理分离通常包括冷凝、过滤和膜分离等过程。
通过降低气体温度或选择性地通过过滤材料或膜，可以实现对特定杂质的去除。
综上所述，气体纯化器通过吸附、催化反应和物理分离等原理去除气体中的杂质和污染物，从而提高气体的纯度。
不同的气体纯化器可能采用不同的原理和工艺，以满足不同气体纯化的需求。
实验室制氧气的原理
实验室制氧气的原理
实验室制氧气的原理主要涉及到气体分离和纯化的过程。
以下是制氧气的一种常见原理。
1. 空气进气：将空气通过气体进气管道引入气体分离系统。
2. 气体分离：利用吸附剂（例如分子筛）对气体进行分离。
在分子筛上，氮气、二氧化碳等分子比较大，容易被吸附，而氧气的分子较小，可以穿过分子筛，因此能够实现对氮气、二氧化碳等杂质的分离。
3. 纯化处理：通过吸附剂将氮气和二氧化碳等杂质去除，从而提高氧气的纯度。
这可以通过变换吸附剂的温度来实现，当吸附剂温度升高时，吸附剂将释放吸附的氮气和二氧化碳，这样氦气将净化。
4. 储存和输送：将纯化的氧气储存在气体储罐中，然后通过气体输送系统将氧气输送到需要的地方。
值得注意的是，实验室制氧气的具体方法和原理可能会因设备和需要的气体纯度等因素而有所不同。
分子筛纯化系统介绍
食品脱色：去除食品中的色素 提高食品品质
食品脱臭：去除食品中的异味 提高食品口感
食品脱水：去除食品中的水分 延长食品保质期
食品脱盐：去除食品中的盐分 降低食品含盐量
石油化工：用于气体分离、净 化和干燥
食品工业：用于食品脱色、脱 臭和脱水
处理方法：检查阀门、管道是否堵塞调整压力设定
故障：系统温度异常 处理方法：检查加热器、冷却器 是否正常工作调整温度设定
处理方法：检查加热器、冷却器是否正常工作调整温度设定
故障：系统流量异常 处理方法：检查泵、阀门是否正 常工作调整流量设定
处理方法：检查泵、阀门是否正常工作调整流量设定
定期检查分子筛纯化系统的运行状况确保系统正常运行。
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分子筛纯化系统：一种用于分离、纯化气体或液体混合物的设备 工作原理：利用分子筛的吸附和扩散特性实现气体或液体混合物的分离和纯化 应用领域：广泛应用于石油化工、天然气、制药、环保等领域 作用：提高产品质量降低生产成本保护环境提高生产效率
组成：分子筛、吸附剂、分离器、控制系统等 原理：利用分子筛的吸附特性将气体中的杂质吸附达到净化目的 应用：广泛应用于化工、石油、天然气、环保等领域 特点：高效、节能、环保、安全
● . 操作人员需经过专业培训具备相关操作技能 ● b. 操作过程中注意安全避免触电、烫伤等事故发生 ● c. 定期对设备进行维护和保养确保设备正常运行 ● d. 设备出现异常情况时应及时停机并联系专业人员进行处理
故障：分子筛堵塞 处理方法：定期清洗更换滤芯 处理方法：定期清洗更换滤芯
故障：系统压力异常 处理方法：检查阀门、管道是否 堵塞调整压力设定
气体分离与纯化技术方法
气体分离与纯化技术方法随着工业化的进一步发展，气体分离与纯化技术成为了现代制造和生产过程中不可或缺的一部分。
它们广泛应用于石油化工、能源、环保等众多领域，并在提高工业产品的纯度、降低生产成本以及节能减排方面发挥着重要作用。
一、常见的气体分离方法1. 吸附分离技术吸附分离技术基于不同气体在固体吸附剂上的吸附特性进行分离。
常见的吸附剂有活性炭、分子筛等。
吸附分离技术适用于气体混合物中组分之间吸附性能差异较大的情况，如氧气与氮气的分离。
2. 膜分离技术膜分离技术利用薄膜的选择性传质原理，将气体混合物通过具有特定孔径和渗透性的膜进行分离。
常用的膜分离方法有渗透膜法、气体扩散法和化学反应膜法等。
膜分离技术具有操作简便、节能环保等优点，在气体分离领域得到广泛应用。
3. 精馏分离技术精馏分离技术是通过气体混合物的沸点差异进行分离。
当两种或多种气体的沸点差异较大时，可通过不同的沸点从混合物中分离出目标气体。
精馏分离技术在液化天然气（LNG）的生产和高纯度气体的制备中起着至关重要的作用。
二、气体纯化的方法1. 吸附纯化技术吸附纯化技术通过吸附剂对气体中的杂质进行吸附，实现气体的纯化。
常见的吸附剂有活性炭、硅胶等。
吸附纯化技术广泛应用于煤气净化、空气净化、废气处理等领域。
2. 冷凝纯化技术冷凝纯化技术是利用气体中杂质的不同沸点进行分离。
通过低温冷凝，将气体中的杂质液化并分离出来。
冷凝纯化技术被广泛应用于制取高纯度气体，如液氧、液氮的制备过程中。
3. 催化纯化技术催化纯化技术是通过催化剂对气体中的杂质进行反应转化，实现气体的纯化。
常见的催化剂有铜、铁、铂等。
催化纯化技术被广泛应用于氢气纯化、氨气纯化等领域。
三、气体分离与纯化技术的发展趋势随着科学技术的不断进步，气体分离与纯化技术也在不断发展和创新。
目前，研究人员正致力于开发更高效、更环保的气体分离与纯化技术。
1. 新型膜材料的研发目前已经有了一些新型膜材料，如金属有机膜、多孔有机聚合物膜等。
变压吸附技术原理
变压吸附技术原理变压吸附技术是一种常用于气体分离和纯化的方法。
它基于物质在不同压力下吸附性能的差异，通过调节压力来实现气体的分离和纯化。
变压吸附技术的原理可以简单概括为以下几个步骤：吸附、脱附、再生和冷却。
首先是吸附过程。
在吸附剂中，气体分子会与吸附剂表面发生相互作用，从而被吸附剂捕获。
不同气体分子与吸附剂之间的相互作用力不同，因此各种气体分子在吸附剂上的吸附量也不同。
这种差异性是变压吸附技术能够实现气体分离的基础。
接下来是脱附过程。
当吸附剂达到一定的吸附饱和度时，需要将吸附的气体分子从吸附剂上解吸出来。
这可以通过降低吸附剂的压力来实现。
由于不同气体分子的吸附性能差异，它们在不同的压力下会被逐渐解吸出来，从而实现气体的分离。
然后是再生过程。
在脱附后，吸附剂需要进行再生，以便重新使用。
再生的方法通常是通过升高吸附剂的温度来实现。
在一定的温度下，吸附剂上的残余气体分子会被蒸发或反应，从而使吸附剂恢复到初始的吸附状态。
最后是冷却过程。
在再生后，吸附剂需要冷却到适宜的工作温度。
这是为了保证吸附剂在下一轮吸附过程中能够正常工作。
变压吸附技术的应用非常广泛。
例如，在石油化工行业中，变压吸附技术可以用于天然气的脱水和脱硫，以及烃类混合物的分离。
在环境保护领域，变压吸附技术可以用于废气处理和空气净化。
此外，变压吸附技术还可以应用于制氢、气体储存和气体分析等领域。
变压吸附技术通过利用吸附剂对不同气体分子的选择性吸附能力，实现了气体的分离和纯化。
它在气体处理和纯化领域具有重要的应用价值，并且在不同行业中发挥着重要作用。
随着科学技术的不断进步，相信变压吸附技术将会得到更广泛的应用和发展。
医用中心供氧系统主要技术参数
医用中心供氧系统主要技术参数医用中心供氧系统是一种重要的医疗设备，用于为医疗机构提供安全可靠的氧气供应。
主要包括压缩空气系统、液化空气系统、分离空气系统、纯化空气系统、储气系统、送气系统等几个主要组成部分。
下面将详细介绍医用中心供氧系统的主要技术参数。
1.压缩空气系统：压缩空气系统是医用中心供氧系统的核心组成部分，提供压缩空气以满足液化空气系统和分离空气系统的需求。
主要技术参数包括：-压缩机类型：常见的有滑片式压缩机和螺杆式压缩机，其中螺杆式压缩机具有高效节能的特点。
-压缩机功率：根据医院的氧气消耗量和设备的规模来确定，一般以千瓦为单位。
-压缩机排气量：单位时间内压缩机排出的气体体积，一般以升/分钟为单位。
-压缩机噪音：由于医院环境对噪音的要求较高，压缩空气系统的噪音水平应该低于标准规定。
2.液化空气系统：液化空气系统用于将压缩空气转化为液态氧气，以便储存和使用。
主要技术参数包括：-液化空气装置类型：常见的有贮液式液化空气装置和增温式液化空气装置。
-液化空气装置功率：根据医院的氧气需求量和液化装置的规模来确定，一般以千瓦为单位。
-液化空气流量：单位时间内液化空气装置产出的液态氧气流量，一般以升/小时为单位。
-液化空气温度：液化空气的温度应控制在合适的范围内，以确保液态氧气的品质。
3.分离空气系统：分离空气系统用于将压缩空气中的各种成分分离出来，得到高纯度的氧气。
主要技术参数包括：-分离空气装置类型：常见的有冷压吸附式分离空气装置和膜式分离空气装置，其中膜式分离空气装置具有体积小、结构简单等优点。
-分离空气装置功率：根据医院的氧气需求量和分离装置的规模来确定，一般以千瓦为单位。
-分离空气流量：单位时间内分离空气装置产出的氧气流量，一般以升/小时为单位。
-氧气纯度：分离空气装置的设计要求是能够产生高于93%的氧气纯度。
4.纯化空气系统：纯化空气系统用于除去氧气中的杂质，得到纯净的医用氧气。
主要技术参数包括：-纯化空气装置类型：常见的有吸附式纯化空气装置和膜式纯化空气装置。
气体膜分离技术及其发展应用
气体膜分离技术及其发展应用气体膜分离技术是一种利用气体分子在多孔膜中传递过程的物理和化学效应进行物质分离的技术。
通过气体在膜材料中的传递过程，不同大小、不同形状、不同性质的气体分子被分离出来，实现了气体纯化、浓缩、脱水和回收等目的。
由于其具有高效、节能、环保等优点，在许多领域的应用中得到了广泛关注。
1.气体分离与纯化：气体膜分离技术可以将混合气体中的组分分离出来，实现气体的纯化。
常见的应用包括空气中的氧气和氮气的分离、天然气中的甲烷和乙烷的分离等。
2.气体浓缩：气体膜分离技术可以将稀薄气体中的目标气体浓缩起来。
例如，将大气中的二氧化碳浓缩并用于工业化学反应、碳酸饮料制造等。
3.气体脱水：气体膜分离技术可以通过控制膜材料的选择和操作条件来去除气体中的水分。
这在天然气处理和乙醇生产等领域中具有重要的应用价值。
4.气体回收：气体膜分离技术可以将废气中的有用气体回收利用。
例如，在石油化工行业中，可以通过膜分离技术将废气中的有机溶剂进行回收利用。
1.早期阶段：20世纪50年代至70年代是气体膜分离技术的早期发展阶段。
在这个阶段，主要关注的是膜材料的选择和制备方法，以及对膜分离过程的理论研究。
2.中期阶段：到了20世纪80年代，气体膜分离技术开始逐渐应用于工业实践。
膜的制备方法和分离设备得到了改进，并且开始有了商业化的应用。
3.现代阶段：进入21世纪以后，气体膜分离技术的研究重点逐渐从传统膜材料向新型材料的研发转变。
例如，有机-无机杂化材料、金属有机框架材料等。
4.未来发展：随着能源和环境问题的日益突出，气体膜分离技术在能源和环保领域中的应用前景广阔。
未来发展的重点将在提高气体分离效率、降低成本、减少能耗等方面进行研究。
总之，气体膜分离技术具有广泛的应用前景。
随着新型材料和技术的不断发展，气体膜分离技术将在能源、化工、环保等领域中发挥更加重要的作用，为人类的可持续发展做出贡献。
气体分离与纯化技术的新进展
气体分离与纯化技术的新进展气体分离与纯化技术是工业化生产中不可或缺的一项技术。
它不仅可以用于分离和纯化气体，还可以用于降低气体中的有害成分和提高纯度。
在过去的几十年里，气体分离与纯化技术经历了巨大的发展和变革。
今天，随着新的材料和技术不断涌现，气体分离与纯化技术正在迎来一波新的变革浪潮。
材料科学在气体分离与纯化技术的发展中扮演着重要角色。
目前，最常用于气体分离与纯化的材料是多层膜技术。
多层膜是由多层材料构成的薄膜，这些材料的选择和排列非常关键。
最近，新型材料如金属有机框架（MOF）和共价有机框架（COF）等开始广泛应用于多层膜制备。
这些新型材料有极高的比表面积和可调控的孔结构，可以大大提高气体分离和纯化的效率。
除了多层膜技术，新的纯化材料也正在走进气体分离与纯化领域。
例如，阳离子交换树脂是一种能够去除气体中杂质离子的材料，它可以用于制备高纯气体。
离子液体也是一种新兴的纯化材料，其可调控的物理和化学性质使其在气体分离和纯化中具有广泛的应用前景。
在气体分离与纯化技术的发展中，新的技术也发挥着越来越重要的作用。
例如，气体机械冷却技术是一种针对工业中常见的混合气体的新技术。
这种技术可以实现混合气体温度的精确控制，进而实现气体分离和纯化。
此外，膜分离技术也成为了气体分离与纯化中不可或缺的一项技术。
新的膜材料和膜生产技术的不断涌现也为膜分离技术的应用提供了强有力的支持。
在气体分离与纯化技术的发展中，数字化技术也开始发挥着越来越重要的作用。
例如，智能化的气体分离系统可以通过学习气体的流动特性和变化模式，来实现更精确的分离和纯化。
此外，机器学习和人工智能等技术也可以用于优化气体分离和纯化的工艺和生产效率。
综上所述，气体分离与纯化技术正在经历着新的进展和变革。
新的材料和技术的不断涌现，以及数字化技术的应用，都为气体分离与纯化技术的发展提供了强大的支持。
我们可以期待，在未来的生产和应用中，气体分离与纯化技术将继续展现出新的发展和应用前景。
空分分子筛吸附剂-概述说明以及解释
空分分子筛吸附剂-概述说明以及解释1.引言1.1 概述空分分子筛吸附剂是一种新型吸附剂，它具有高效、可重复使用和环保等优点。
它是利用吸附剂材料的孔隙结构和化学性质，对待吸附物质进行选择性吸附和分离的技术。
空分分子筛吸附剂的应用领域非常广泛，包括气体分离、液体分离、废气处理、催化剂载体等。
在气体分离方面，空分分子筛吸附剂可以根据吸附剂的特性和被吸附气体的性质，通过调节操作条件，实现对混合气体中某一组分的高效分离。
例如，可以利用空分分子筛吸附剂将氧气从空气中分离出来，用于供氧、制氧等领域。
在液体分离方面，空分分子筛吸附剂可以用来去除有机物、重金属离子等无机离子，提高水质的纯净度。
此外，空分分子筛吸附剂还可以应用于废气处理和催化剂载体领域。
在废气处理方面，它可以有效去除废气中的有害气体，如二氧化碳、二氧化硫等；而在催化剂载体领域，空分分子筛吸附剂不仅可以提高催化剂的稳定性和活性，还可以实现对反应产物的高效分离和回收利用。
然而，空分分子筛吸附剂也存在一些局限性。
首先，吸附剂的选择性和吸附容量受到孔隙结构和化学性质的限制，导致其对某些特定物质的吸附效果不理想。
其次，吸附剂的再生和循环利用过程需要消耗能量和资源。
此外，目前对于吸附剂的设计和合成还存在一定的困难，需要进一步加强相关的研究和开发。
未来的发展方向主要包括提高吸附剂的选择性和吸附容量，拓宽其应用领域，并开展对吸附剂的再生和循环利用技术的研究。
通过不断创新和改进，空分分子筛吸附剂将在环境保护、能源利用等方面发挥更加重要的作用。
1.2 文章结构文章结构部分的内容如下所示：文章结构为了系统地介绍空分分子筛吸附剂，本文将分为引言、正文和结论三个部分。
具体内容安排如下：引言部分将概述空分分子筛吸附剂的背景和意义，引发读者对该主题的兴趣。
首先，我们将简要介绍吸附剂的基本概念和吸附过程的原理。
接着，我们将阐述本文的目的和意义，以及读者可望获得的收益。
正文部分将围绕空分分子筛吸附剂展开。
气体分离与纯化技术的研究进展
气体分离与纯化技术的研究进展气体分离与纯化技术是目前工业生产、能源利用、环境保护、医疗保健等领域中必不可少的关键技术。
随着人们对高品质气体的需求越来越高，气体分离与纯化技术的研究也得到了越来越广泛的关注。
1、气体分离技术的研究进展气体分离技术的研究注重提高分离效率和节能减排，其中膜分离技术、压力摩擦法、吸附分离、离子交换法和热力学分离等技术得到了广泛的应用和研究。
（1）膜分离技术膜分离技术是一种依靠半透膜（工业上常用的膜包括有机膜、无机膜和复合膜）将混合气体分离的技术。
该技术具有工艺流程简单、操作方便、投资和运行费用低等优点，适用于高纯气体的分离和制备。
同时，膜分离技术也面临膜通量低、寿命短、膜污染等问题。
（2）压力摩擦法压力摩擦法是一种依靠压力差、惯性力、黏滞力进行分离的技术。
该技术具有分离效率高、操作简单、适用范围广等特点，适用于分离较小的气体分子。
但是，压力摩擦法的分离精度和分离速率仍需不断提高。
（3）吸附分离技术吸附分离技术是一种依靠吸附剂将不同成分的气体分离的技术。
该技术适用范围广泛，对氧气、氮气、氢气、氩气等气体具有较好分离效果。
但是，吸附剂的损耗、再生和设计制造等环节仍需改进。
（4）离子交换法离子交换法是一种通过离子交换作用将混合气体分离的技术。
该技术货物混合气体的选择性高、操作简单、应用广泛，适用于天然气、空气等气体的精细分离。
不过，离子交换树脂的选择、设计和开发仍是难点之一。
（5）热力学分离技术热力学分离技术是一种基于热力学原理的气体分离技术，如亚硫酸氢盐蒸汽压力脱水法、水-氨混合物蒸汽蒸馏法等。
该技术具有简单易行、高效节能等优点，但是还需进一步完善制备工艺和设备。
2、气体纯化技术的研究进展气体纯化技术是指将工业气体、医用气体、特种气体等处理成高纯度气体的技术。
随着氧化镁颗粒技术、分子筛技术、离子交换技术等先进技术的发展，该领域研究也取得了显著的进展。
（1）氧化镁颗粒技术氧化镁颗粒技术是一种利用氧化镁与气体中有害成分反应生成不溶性物质的技术。
空分原理
空分原理绪论一、空气分离的几种方法：先将空气→压缩→膨胀→液化然后在精馏塔内利用氧、氮沸点的不同，用精馏方法分离是两个过程：液化和精馏是深冷和精馏的统一上塔主要是分离，下塔是液化和初步分离特点：产量大，纯度高缺点：能耗大，设备投资大2、吸附法：利用固体吸附剂对气体混合物种某些组分吸附能力的差异进行的。
（1）、变压吸附制氧，用pu-8型分子筛（2）、变压吸附制氮专用分子筛工艺特点：优点：方便，能耗小，投资小，只是再生时才有能量损耗缺点：产量小，纯度不够，易损件多O2目前能做到8000Nm3/h，纯度95%，N299.9%3、薄膜渗透法：利用有机聚合膜的渗透选择性从流体混合物中使特定组分分离的方法。
主要用来制氮。
特点：同变压吸附法基本相同，不同的是基本没有能耗。
二、学习的基本内容1、热力学第一、第二定律、传热机理、流体力学2、获得低温的方法（1）相变制冷、（2）、等熵膨胀（3）、绝热节流3、溶液热力学基础：拉乌尔定理、康诺瓦罗夫定理4、低温工质的一些物性5、液化循环6、气体分离三、空分的应用领域1、钢铁，1t钢50-60Nm3O22、能源，城市煤气化3、化工领域，化肥、电子、玻璃4、造纸，Ca2ClO35、国防工业火箭研究、太空研究6、机械行业焊接、切割Ar：不锈钢、保护气Ke：发光材料、灯泡绝缘玻璃四、发展趋势（1）大型、超大型（2）四大启动：煤化工、煤化工联合循环发电、液化天然气接受站、还原法炼铁（1t铁500-600Nm3O2）煤化工：包括煤代油：甲醇混合燃料85%甲醇、15%汽油煤制油：煤直接制油C+H=CnHm 代表shell炉煤间接制油：水煤气C+H2O=高温高压→CO+H2→德士古炉→甲醇液化天然气接受站主要回收冷量。
（3）、二次采油：产量下降用挤海绵的方法向油井注氮气（4）、托卡马克装置（人造太阳），受控热核聚变空分装置最大的是南非索萨尔的11.388万方/h制氮装置理论上和实际上能做到18万方/h，目前国内最大的是杭氧的6万方/h，在杭州还有一个液空杭州，是独资企业，给加拿大做了一套10万方第一章空分工艺流程的组成分馏塔系统分为：制冷、换热、精馏；预冷系统分为氨水冷和冷气机组仪控和电控系统贯穿整个系统。
第9章 ◆气体分离的原理与方法
2．提馏段
◆当原料是从塔的顶部进入时，它就成为 如图所示的提馏段。
◆如果仍假设为恒质量流速，则提馏段的 推导与精馏段相似，分析中假定原料是以饱和 液体、(而不是精馏段的饱和蒸气)状态进入塔 中。
对图中包围在点 划线内的m+1塔板以下 的塔进行易挥发组分 的物料衡算，可得
该式为提馏塔的操作线方程，其斜率为 qm,L/qm,V，与y轴的交点为-(qm,B／qm,V)xB。假设 离开再沸器的蒸气摩尔分数yB为已知，则操作 线与y-x图上对角线的交点yB=xB。
➢半渗透膜：该膜仅允许一种气体自由完全地通 过，而其他气体无法通过。
➢使用这种装置，气体混合时就可以获得输出功， 输入同样的功就可以把他们分开，因此，该过 程是个可逆过程。
◆可逆分离所消耗的功，等于等温条件下将 各组分从其在混合物中的分压压缩到混合物总 压所需的功。
◆ 图示的左边活塞是可以让气体A自由透过， 当左边活塞向右移动时，它仅仅将气体B从其分 压压缩到混合物总压；
• 第一节 气体的理想分离
将气体分离看成 理想的热力学可逆系 统：该系统用假想的 半渗透膜模型来分析 气体的可逆分离和混 合。
分析二元气体混合 物分离的理想过程如 图所示。
假设气缸中A和 B两种气体混合物处 于理想状态，内有 两个无摩擦活塞，
◆左边活塞只允许气 体A渗透，
◆右边活塞只允许气 体B渗透，要求确定 可逆分离这两种气 体所需的功。
有时对于一种给定的分离目标需要进行的是快速的初步估计这时不需要用烦琐的图解法逐板计算可以采用已开发的多组分分离计算程序包也可以利用以下介绍的计算全回流条件下最小塔板数的芬斯克公式求最小塔板数的恩德渥德法以及根据这两种方法求理论塔板的吉利兰图
第5章 气体分离的原理与方法
空分设备工作原理
空分设备工作原理空分设备（Air Separation Unit，简称ASU）是一种用于将空气中的气体分离、纯化和直接制取高纯度气体的装置。
其工作原理是基于空气中氧气、氮气和其他不同成分的物理性质和气体分离过程。
空分设备主要包括空气预处理、空气压缩、制冷和分离等几个关键步骤。
首先，空气预处理是将从大气中吸入的空气进行净化处理，去除尘埃、水分、油脂等杂质。
这一步骤主要通过过滤、冷凝和吸附等方法实现。
接下来，将经过预处理的空气送入空气压缩机。
压缩机将空气进行压缩，提高其压力和温度。
通过压缩，气体分子的平均距离减小，其能量和速度增加，为后续的分离过程提供必要的动能。
压缩后的空气进一步进入制冷循环系统，通过冷却器和凝汽器进行冷却。
凝汽器中的冷却介质会吸收空气中的热量，使空气进一步冷却至低温。
同时，制冷剂在冷却器中进行冷却过程，使其重新呈液体状态，为后续的冷凝过程做准备。
在冷却器之后，空气进一步进入分离塔。
分离塔采用一种叫做精馏的物理分离过程，将空气中的氧气和氮气分离。
这是基于氧氮的沸点差异，实现了两种气体的分离。
当与空气相联系的分离塔中的氧气沸点下降（-183）时，分离塔中的温度达到了沸点水平。
在分离塔内，氧气在较高温度区上升，而氮气则下降，由此实现两种气体的分离。
分离塔通常采用多级精馏，通过多个纯化阶段，氧氮混合物不断被纯化，同时从塔底和塔顶输出纯净的氮气和氧气。
最后，纯净的氮气和氧气被分别收集和冷凝，用于不同的应用领域。
纯净的氮气广泛应用于化工、电子、食品加工、金属加工等行业，而纯净的氧气主要用于冶金、化工和医疗等领域。
总结而言，空分设备通过空气预处理、空气压缩、制冷和分离等步骤，将空气中的氧气、氮气等气体分离、纯化，并得到高纯度的氮气和氧气。
其工作原理是基于气体分子的物理性质，利用压缩、冷却和精馏等过程实现气体的分离和纯化。
空分设备在工业生产和科研领域发挥着重要的作用，满足了各种行业对高纯度气体的需求。
转轮吸附技术
转轮吸附技术转轮吸附技术是一种用于气体分离和纯化的先进技术。
它通过利用吸附剂对气体分子的选择性吸附作用，实现对混合气体的分离和纯化。
本文将从转轮吸附技术的原理、应用领域和发展前景等方面进行探讨。
一、转轮吸附技术的原理转轮吸附技术是一种基于吸附剂的固定床吸附过程。
其原理是利用转动的吸附剂轮盘对混合气体进行吸附分离。
转轮上覆盖有吸附剂，当混合气体通过转轮时，吸附剂对其中的某些成分具有选择性吸附作用，从而实现对混合气体的分离。
吸附剂在吸附饱和后，通过减压、加热等方法对其进行再生，使其重新具备吸附能力。
1.天然气纯化：转轮吸附技术可用于天然气中的甲烷和乙烷的分离和纯化，提高天然气的质量和热值，满足市场需求。
2.空气分离：转轮吸附技术可用于将空气中的氧气和氮气分离，实现高纯度氧气和氮气的生产，应用于医疗、工业和冶金等领域。
3.气体提纯：转轮吸附技术可用于氢气、氧气等气体的提纯，提高其纯度和品质，满足不同领域的需求。
4.废气处理：转轮吸附技术可用于废气中有害成分的分离和去除，实现废气的净化和治理，减少对环境的污染。
三、转轮吸附技术的优势和发展前景1.高效节能：转轮吸附技术具有高效、节能的特点，可实现较低能耗下的气体分离和纯化。
2.稳定可靠：转轮吸附技术采用固定床吸附过程，操作稳定可靠，运行成本低。
3.适应性强：转轮吸附技术可根据不同气体组分的吸附特性进行优化设计，适应不同的应用场景。
4.发展潜力大：随着工业技术的不断进步和应用需求的增加，转轮吸附技术有望在更多领域得到应用和推广，具有广阔的发展前景。
转轮吸附技术是一种应用广泛且具有发展潜力的气体分离和纯化技术。
其原理简单、效果显著，在天然气纯化、空气分离、气体提纯和废气处理等领域有着重要应用。
随着技术的不断创新和进步，转轮吸附技术将进一步提高其分离效率和经济性，为各行各业提供更高效、环保的气体处理解决方案。
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P:::第在在jj j混液组合相分物中在温第液度j相组下上分第部的j气组摩相分尔中的百的蒸分分汽数压压
xj
所有浓度下都服从Raoult定律的混合物称为理想溶液
12
Gibbs-Dalton定律
若在液体混合物上部蒸汽相也可以看作理想气体，则蒸汽相的分压与总压力 之间关系由Gibbs-Dalton定律决定:
p j py j
蒸汽相中第j组分的摩尔分量 :
y j ( j / p)x j
理想气体混合物的分压之和等于总压:
p pj j xj
j
j
对于两组分混合物， 式:
，x因2 此1，服x1从Gibbs-Dalton定律双组分混合物
p 1x1 2 (1 x1)
13
平衡常数
气相和液相中摩尔百分比之间的关系可以用平衡常数表达:
16
3、精馏原理
精馏原理：混合物部分冷凝或部分蒸发时时，液 体中高沸点组份浓度增大，而气相中低沸点组份 浓度增大。 精馏就是以部分蒸发和部分冷凝用逆流方式进行 多次分离的过程。通过使用大量塔板，能够获得 相当纯的单组分。
17
以空气精馏分离为例
精馏塔
➢ 温度较高的蒸汽由塔板下方通过小
孔向上流动，而温度较低的液体由
上塔板经溢流装置流到下塔板，与
通过小孔流动的蒸汽进行热质交换。
➢ 当蒸汽泡通过液体层时，较高温度
的蒸汽把热量传给液体。气泡内的
高沸点组分氧被冷凝，而液体内的
低沸点组分氮被蒸发。上行气泡富
集氮，下行液体富集氧。
➢ 在塔底，必须加入热量为供料口下
的塔板提供蒸汽；在塔顶，必须移
去一些热量来为供料口上的塔板提
供液体。
LO2
LN2
18
精馏过程
气泡通过塔板时热质交换情况
精馏过程中温度－浓度图
19
塔板效率
在理想或理论塔板上，离开液体的蒸 汽与塔板上的液体处于同一温度。在 实际的精馏塔中，蒸汽不可能达到液 体的温度才离开塔板。
塔板效率：塔板上的浓度变化与平衡 时应达到的浓度变化之比。
M
y j y j1
y
0 j
Kj yj / xj
理想气体和液体的平衡常数:
Kj j /P
双组分混合物的液相和气相组成由每个组分的平衡常数来确定 ：
y1 K1x1
y1 K2x1 K2 (1 x1)
可求得液和气相中组分的摩尔百分比：
x1
1 K2 K1 K2
y1
K1x1
K1(1 K2 ) K1 K2
y1 y2 1
14
混合物液体（高沸点组分丰富）
N2 100%
二元混合物液体 O2
O2 100%
加热过程中二元混合物气液两相中成分变化
定压下
6
T 5
3
4
2
1
P P
y4 x3 x1
Q
0
x
1
O2
N2
混合物的温度－浓度图
11
Raoult定律与理想溶液
相平衡曲线具体形式取决构成混合物分子之间的内作用力。 对于分子内作用比较弱的液体混合物，如稀溶液一样，可用著名的拉乌尔 （Raoult）定律表式：
热力学理想分离系统模型
1 Tm pm
2
Tm pm
Tm pm
• 左边的活塞只允许气体A通过，右 边的活塞只允许气体B通过，通过 把两个活塞移动到一起，由气体A 和B组成的混合物就可逆地被分离 成纯净的气体A和气体B。
理论分离 功 过程可逆，所以为恒温（通过与外部热源热交换获得）。
此时所耗能量等价于把每一组分在混合气体中分压恒温 压缩到混合物的压力所需要的压缩功之和。
3. 第三种情况表明了在一定的浓度下混合物会转为共 沸混合物。这时混合物的性能与单纯组分物质完全 一样。典型例子是在丙酮与三氯甲烷作为混合物会 产生这种现象。用精馏原理无法把这类共沸混合物 分开。幸好，低温流体在分离时不会形成共沸混合 物。
二元混合物的T-x图
二元混合物蒸汽 混合物气体（低沸点组分丰富）
焓－浓度图
在焓－浓度图中可以看出露点线 (饱和蒸汽)和泡点线(饱和液体)
随双组分混合物冷凝，混合物的 温度将降低，这意味着在露点线 和泡点线之间等温线在焓－浓度 图上并不是垂直线，而是有一定 的斜率。
15
二元组分相变过程特 征 变温：对于某一成分的二元混合物，在一定压力下，
开始冷凝或开始蒸发到冷凝结束或蒸发结束时温度 是不断变化的，这点与纯组分不同。 两相浓度分别连续变化：在冷凝或蒸发过程中，液 相和气相的浓度是连续变化的。 通过部分冷凝或蒸发可以有效地分离沸点相差很大 的二元混合物（如氮－氦混合物，氨－氢混合物 等），但对沸点相差较小的二元混合物达不到有效 地分离。
y
j 1
提高塔板效率的因素：小气泡；长接
触时间；大的总质交换系数。
20
(xB,xB)
yn-2Biblioteka yn-1yny3
Xn-2
y4 X5
xn Xn-1
X4
Xn+1 (xD,xD)
Y2 X3
y1 x2
xB=0.05 x1
Y0=xB
xD=0.98
所需理论塔板数的说明
精馏塔结构形式
T=C-P+2
T:描述体系状态所需要独立变量的数目 C:存在组分数 P:存在的相数
7
典型双组分温度－成份图
双组分混合物相平衡曲线：分三种情况
1. 第一种典型曲线是适用于压力低于双组分的临界压 力，把空气看作是氮和氧的混合物时，压力在1001000kPa之间的液空属于这种情况。
2. 第二种情况是混合物中组分之一的临界压力低于所 作的温度-浓度图时的压力。氮-氦混合物压力在 2MPa左右会出现这种类型的曲线。
温度越低，理论分离功越小。
wi wi,a ma mm wi,b mb mm
Tmma mm s1a s2a mb mm s1b s2b ma mm h1a h2a mb mm h1b h2b
5
双组分气体混合物理论功耗
2、混合物的性质
单组份物质以两相出现时(例如液氮和气氮)，并非所有热静力学参数 都是独立的。对于一组相态，在物性之间存在一个蒸气压力方程的关 系式。 对于多于一相和超过一个组分物质，我们必须应用Gibbs相规律(1878 年发现)来描述状态所需要独立变量的数目。
第四章 气体分离与纯化系 统
主要内容
1. 热力学理想分离系统 2. 混合物的性质 3. 精馏分离原理
2
1、热力学理想分离系 统
半渗透膜：该膜仅允许一种气体自由完全 地通过，而其他气体无法通过。
使用这种装置，气体混合时就可以获得输 出功，输入同样的功就可以把他们分开， 因此，该过程是个可逆过程。
3