21 空气分离的基本原理

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《煤炭气化工艺》
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（1）水分及CO2的脱除
脱除CO2、水蒸气一般用吸附法和冻结法。
吸附法是空气通过装有分子筛或硅胶的吸附器，二氧化碳和 水蒸气被吸附，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 换式换热器的通道内而被除去。经过一段时间后，自动将通 道切换，让干燥的返流气通过该通道，使前一段时间冻结的 二氧化碳和水蒸气在该气流中蒸发、升华而被带出装置。
21 空气分离的基本原理
2-1 空气分离的基本原理
21 空气分离的基本原理
一、空分的含义 二、空气的组成及沸点 三、空分方法
21 空气分离的基本原理
是利用物理或者化学方法将空气分离，获 得纯氧气和纯氮气及一些稀有气体的过程。
21 空气分离的基本原理
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1、空气分离的方法
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3、液化精馏工艺流程分为空气的净化、空 气的液化、空气的分离三个工序。
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一、空气的净化 1、机械杂质的脱除
空气中灰尘的处理大多以过滤为主，并辅 以惯性和离心式来处理，大中型空分均使 用无油干式除尘器。目前国内外空分装置 使用的气体过滤器有:
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这时,液相由于蒸发,使氮组分减少,同时由 于气相冷凝的氧也进入液相,因此液相的氧 浓度增加了,同样气相由于冷凝,使氧组分 减少,同时由于液相的氮进入气相,因此气 相的氮浓度增加了.多次的重复上述过程, 气相的氮浓度就不断增加,液相的氧浓度也 能不断的增加.这样经过多次的蒸发与冷凝 就能完成整个精馏过程,从而将空气中的氧 和氮分离开来.
另外也可用8%~10%的氢氧化钠溶液洗涤空气中的 二氧化碳。
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（3）碳氢化合物的脱除
碳氢化合物特别是乙炔进入空分装置并积累到一定程度时易 造成爆炸事故，因此必须脱除。各种烃类在液氧中爆炸敏感 性顺序为：乙炔>丙烯>丁烯>丁烷>丙烷>甲烷。清除空气中 的乙炔采用吸附法。在低温下，乙炔呈固体微粒状浮在液体 空气和液体氧中，当通过装有硅胶的吸附器时，乙炔被硅胶 吸附脱除。
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设计吸附率
CO2含量为 0.1ppm时的
吸附率
CH4 C2H6 C3H8 N2O C2H4 CO2 C2H2 C3H6 nC4H10 iC4H10 C6H6 C3H6O O3 NO
H2O
0% 0% 65 % 65 % 85 % 100 % 100 % 100 % 100 % 100 % 100 % 100 % 100 % 100 % 100 %
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21 空气分离的基本原理
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。
CH4 C2H6 C3H8 N2O C2H4
CO2 C2H2 C3H6 nC4H10 iC4H10 C6H6 C3H6O O3 NO
H2O
甲烷 乙烷 丙烷 一氧化二氮 乙烯 二氧化碳 乙炔 丙烯 正丁烷 异丁烷 苯 丙酮 臭氧 一氧化氮 水
3、膜分离法：
原理：它是利用一些有机聚合膜的渗透选择性，当空气通过薄 膜或中空纤维膜时，氧气穿透过薄膜的速度约为氮的4-5倍，从而 实现氧、氮的分离 。膜分离的富氧浓度只能达到28～35%O2 。
目前应用较多的是低温法（又叫深度冷冻法）。它的优点：生 产量大，产品纯度高，电耗低且可得到液态产品，故应用广泛。
低温法、分子筛吸附、膜分离法 三
种类型。
1、低温法：
原理：是根据空气中各组分的沸点不同，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， 从而获得所需要的氧气、氮气及其它稀有气体的过程。具体原理 为空气经过增压膨胀对外作功处于冷凝温度,当穿过比它温度低的 氧、氮组成的液体层时,由于气、液之间温度差的存在,要进行热交 换,温度低的液体吸收热量开始蒸发,其中氮组分首先蒸发,温度较高 的气体冷凝,放出冷凝热,气体冷凝时,首先冷凝氧组分.此过程一直 进行到气、液处于平衡状态。这时,液相由于蒸发,使氮组分减少,同 时由于气相冷凝的氧也进入液相,因此液相的氧浓度增加了,同样气 相由于冷凝,使氧组分减少,同时由于液相的氮进入气相,因此气相的 氮浓度增加了.
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（4）冷箱前端净化
空气经除尘、压缩、水冷后，水分、CO2及烃类物质还 存留在其中，为了保证冷箱内设备不受堵塞并消除爆炸 危险，现在直接利用分子筛吸附法，可以使各种有害气 体杂质清除干净。
分子筛
分子筛即人工沸石，为强极性吸附剂，对极性分子有很大的亲 和力，并且其热稳定性和化学稳定性高。分子筛具有微孔尺寸大 小一致的特点，凡被处理的流体分子若大于其微孔尺寸的都不能 进入微孔，起到筛分作用，所以被称为分子筛。
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多次的重复上述过程,气相的氮浓度就不断增加,液相的氧浓度也能 不断的增加.这样经过多次的蒸发与冷凝就能完成整个精馏过程,从 而将空气中的氧和氮分离开来。
2、吸附法：
原理：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，可得到较高纯度的氧气；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，可得到较高纯度的氮气，从 而实现空气的分离。但吸附法目前的氧气纯度只有93%左右。
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21 空气分离的基本原理
空气分离的基本原理，就是低温精馏原理。 利用空气中氧、氮沸点的不同，经膨胀机 制冷而获得的液空，在精馏塔中经过多次 部分蒸发和部分冷凝，而将各组份分离开 来，获得合格氧氮产品的过程。
当空气穿过比它温度低的氧、氮组成的液 体层时,由于气、液之间温度差的存在,要 进行热交换,温度低的液体吸收热量开始蒸 发,其中氮组分首先蒸发,温度较高的气体 冷凝,放出冷凝热,气体冷凝时,首先冷凝氧 组分.这过程一直进行到气相和液相的温度 相等为止,也即气、液处于平衡状态。