第二章、深冷液化技术的空气分离
第二章、深冷液化技术的空气分离
1 机械杂质的脱除 2 水分、二氧化碳和乙炔的脱除
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
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1.1,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。
(一)空气预冷系统
空气预冷系统是空 气分离设各的一个 重要组成部分,它位 于空气压缩机和分 子筛吸附系统之间, 用来降低进分子筛 吸附系统空气的温 度及H20(g)、CO2 含量,合理利用空气 分离系统的冷量。
在填料式空气冷却塔 (简称空冷塔)的下段, 出空压机的热空气被 常温的水喷淋降温, 并洗涤空气中的灰尘 和能溶于水的N02、 S02、C12、HF等对分 子筛有毒害作用的物 质;在空冷塔的上段, 用经污氮降温过的冷 水喷淋热空气,使空 气的温度降至 10~20℃。
吸附容量随吸附温度的降低而增大,所以 应尽量降低吸附温度(温度增加不利于吸 附过程)
流速越高,吸附剂的吸附容量越小吸附效 果越差。流速不仅影咱吸附能力,而且影 响气体的干燥程度。
5.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笫的晶格发生变化。 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。其结果是:随着使用时间的延 长,吸附器的运转周期就会缩短。
在空气的液化过程,用T-S图可表示出物系 的变化过程,并可直接从图上求出温度、 压力、熵和焓的变化值.
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。
第二章空分装置
2-2 空气的净化
空气净化 的目的 ?
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
一、机械杂质的脱除
拉西环式：由钢制外壳和装有拉西环的插入盒构成 湿式 空 气 过 滤 器 油浸式：由许多片状链组成，片状链上有钢架
三、空气的液化循环
目前空气液化循环主要有两种类型：以节流为基础 的液化循环；以等熵膨胀与节流相结合的液化循环。
1．以节流膨胀为基础的循环
亦称简单林德循环。节流的温降很小，制冷量也很少， 所以在室温下通过节流膨胀不可能使空气液化．必须在接
近液化温度的低温下节流才有可能液化。因此，以节流为 基础的液化循环，必须使空气预冷，常采用逆流换热器， 回收冷量预冷空气。节流循环流程的示意图及T-S图由图 表示。系统由压缩机、中间冷却器、逆流换热器、节流阀 及气液分离器组成。
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 ：
3．吸附剂的吸附容量
吸附剂的吸附容量指单位数量的吸附剂最多吸附的吸 附质的量。 吸附容量大，吸附时间长，吸附效果好。吸附容量通 常受吸附过程的温度和被吸附组分的分压力（或浓度）、 气体流速、气体湿度和吸附剂再生完善程度的影响。
吸附容量随吸附质分压的增加而增大；随吸附温度的 降低而增大；流速越高，吸附剂的吸附容量越小吸附效果 越差。流速不仅影响吸附能力，而且影响气体的干燥程度； 吸附剂再生越彻底，吸附容量就越大。分子筛对相对湿度 较低的气体吸附能力较大。
空气深冷液化分离.pptx
三、停车和升温
（一）正常停车 （1）停止供产品气； （2）开启产品管线上的放空阀； （3）把仪表空气系统切换到备用仪表空气管线上； （4）停运透平膨胀机； （5）开启空压机空气管路放空阀； （6）停运空气压缩机； （7）停运空冷系统的水泵；
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三、停车和升温
（8）停运分子筛纯化系统的切换系统； （9）关闭空气和产品管线，打开冷箱内管线上的排气阀 （视压力情况而定）； （10）停运液氧、液氮泵； （11）如停车时间超过48小时，应排放液体； （12）关闭所有的阀门（不包括上面提到的阀门）； （13）对各装置进行升温。
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四、氧、氮的应用
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。
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第二节 空气的净化
1 机械杂质的脱除 2 水分、二氧化碳、乙炔的脱除
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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、碳氢化合物（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1-3。
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三、停车和升温
（二）临时停车 由于发生故障，需短时间停车处理时，可对精馏塔进行 保冷停车。执行正常停车的第一步至第十步操作，并视 消除故障时间快慢，决定执行第11步，直至第13步。一 般停车时间大于48h应进行全系统加温再启动。
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三、停车和升温
（三）临时停车后的启动 空分设备在临时停车后重新启动时，其操作步骤应从哪 一阶段开始，应视冷箱内的温度来决定，保冷状态下的 冷箱内设备不必进行吹扫。如在冷态启动时主冷液氧液 位高出正常操作液位，则应先使液位降至正常操作液位。
深冷制氧基础知识6.13
相对湿度指空气中水蒸气分压力与 同温度下饱和水蒸气分压力之比。
Φ=Pq/ Pqb
露点：水蒸气含量不变时，随着温 度的降低，未饱和的水蒸气变成饱 和蒸汽，多余的水析出来，使水蒸 气达到饱和时的温度就是露点。 用tl表示
2.6 焓
2.6.1热力学能
工质由分子组成，其内部分子不停的运动 具有动能，分子之间存在着作用力具有位 能。分子的动能和位能之和称为工质的热 力学能。通常用U表示，单位为焦耳（J） 气体的动能的大小与其温度 有关，可通过 热量传递来改变。而气体位能的大小由分 子间的距离决定，与其压力和比容有关， 可通过外界做功来改变。
碳氢化合物等 CxHy等
在混合气体中，各组分具有相同的体积和 温度，每一组分产生的压力为分压力 P=∑ Pi , 例：总压力为1.01x105Pa的空气中二氧化碳 含量为300x10-6，则二氧化碳的分压力为多 少？ 解： Pi= Pxyi = 1.01x105 x 300x10-6 =30.3Pa
解：由气体状态方程知： P1V1/T1=P2V2/T2 其中：T1、T2均为环境温度 P1=14.7 MPa=14.7X106/9.81 X104 =150kgf/cm2 P2 =大气压力=1 kgf/cm2 V1 =40L=0.04m3 V2 = P1V1/ P2 =150 X0.04/1 =6 m3
2.5 混合气体——空气
空气——是制氧的原料气，是由多种气体混 合而成的混合气体。其主要组成是氮、氧、 氩。组成混合气体的每一种成份叫组分。
2.5.1 干空气
干空气主要组成：
组分 氮 氧 氩 二氧化碳 氢 分子式 N2 O2 Ar CO2 H2 体积% 78.084 20.95 0.93 0.03 0.5X10-4 —— 质量% 75.52 23.15 1.282 0.046 0.035 ——
2014煤化工生产技术(理论)课程标准
《煤化工生产技术》课程标准总学时数：86 理论课时：62 实践课时：24适用专业：煤化工生产技术学分：4制定人：煤化工教研室制定日期：2014年4月一、课程性质本课程是煤化工生产技术专业的一门必修课。
本课的任务是使学生掌握煤化工生产的基本概念，了解煤化工安全生产方面的知识，深化空气深冷液化分离、煤气化、煤液化、甲醇生产技术及煤化学产品加工工艺等方面知识；培养学生的煤化工生产操作方面的专业能力，如正确地确定生产的工艺条件的能力，在煤化工安全生产操作规程下解决生产过程中一般工艺技术问题的能力以及正确操作煤化工的重要设备等；同时注重培养学生的社会能力和方法能力。
本课程是在学生完成化工原理、物理化学、有机化学、无机化学、煤化学等基础课的学习后开设的，并通过专业实训与仿真实训强化学生的专业技能。
二、设计思路《煤化工生产技术》是以对企业技术骨干和管理人员关于工作任务的调查分析为依据，确立课程教学目标和内容；以培养就业能力为导向，课程内容与职业资格取证要求融通；以典型工作任务分析为基础，构建总体能力目标、具体能力目标和知识目标。
煤化工生产技术专业是以就业为导向、职业能力培养为目标，培养具有较强实践动手能力，具备必须的文化基础知识、煤化工工艺基本理论和从事煤化工生产操作、工艺运行、技术管理等工作的职业能力和综合素质，在生产、建设、管理、服务等一线工作精工艺、懂设备、懂管理的高素质技能型专门人才。
按照章节分为十一章，按工作任务工作岗位进行任务分解，形成6个学习情景：空气深冷液化分离；煤焦化技术；煤气化技术；煤液化技术；合成气合成天然气与甲醇技术；甲醇合成其他化学产品技术。
对工作过程的实施以工学结合方式实现。
在教学安排上，按周数进行。
采用教师授课、实训室实习、下厂参观及及顶岗操作，便于原理讲授与操作训练相结合。
每个学习情境内选取典型的工作任务，在教师指导下，课堂传授专业知识、课下掌握专业技能，把教师的教学过程与学生的学习过程、企业生产与工作过程联系起来，使学习内容充分体现企业实际需要，让学生在生产任务实施中训练操作技能、团队合作和沟通技能、工作能力和方法能力，体验企业工作过程和氛围，构建知识。
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）。
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 ：
2：空气分离过程分析 总结综述
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项目二 3.水冷却塔 作用：用空分塔来的污氮气冷却外界供水； 结构：填料塔，顶设捕雾器和布水器； 使用：被冷却的水与污氮气进行热质交换；
水 冷 塔
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项目二 4.分子筛吸附器
吸附
再生 再生
作用：吸附空气中的水份、CO2、乙炔等碳氢化合物； 结构：卧式圆筒体、内设支承栅架、以承托分子筛吸附剂，双层床结构， 下层为活性氧化铝，上层为分子筛； 使用：空气经过分子筛床层时，将水份、CO2、乙炔等碳氢化合物吸附， 净化后的空气CO2含量<1ppm； 再生：两只吸附器切换工作，当一台吸附器工作时，另一台吸附器则进 行再生、冷吹备用。
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项目二 5.主热交换器（高压板翅式换热器、低压板翅式换热器）
作用：进行多股流之间的热交换， 结构：为多层板翅式，相邻通道间物流通过翅片进行良好的换热 组成：隔板、波形翅片、封条组成。
使用：对经分子筛吸附除去水和CO2的压缩空气进行冷却，各 返流气（液）在此被加热；
图片
视频
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项目二
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项目二 6.膨胀机：
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项目二
⑵空气的液化
深度冷冻法（深冷法）：工业上将获得-100℃以下温度的方法；
获得低温：高压气体绝热膨胀 ⑴节流膨胀（等焓膨胀、熵值增加） 绝热及对外不做功的条件下，高压流体通过节流阀膨胀到低压的过程；
节流阀
⑵等熵膨胀 对外做功，绝热可逆膨胀，制冷的重要方法之一。膨胀机
气体进行等熵膨胀时，温度的降低要比节流膨胀大, 而且能回收一部分压缩功,所以比节流膨胀经济。
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项目二 10.液空液氮过冷器
作用：对低温液体进行过冷（下塔物料入上塔前需要回收上塔冷量，过冷）；
下塔液体----节流后------压力降低------饱和温度降低-----液体部分气化-----上塔的回流液减少
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。
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）。
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。
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空
就建起了低温设备制造车间，1903年制造出世界上第一套空分装
置，生产能力为10m3/h氧气，由于当时生产能力的限制，30年代
分
前所生产的氧气仅用于气割、气焊等行业。
发
展
的
50年代后，由于空分装置逐渐的增加并趋于中型化，炼钢和化肥 工业技术的迅速发展，使空分设备迅速大型化，促使空气分离设
历
备制造业的发展。空分工艺经过近百年的不断发展，现在已步入
2.3空气分离的基本过程
2.3空气分离的基本过程
3、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(7~20MPa)、中压(1.5~2.5MPa)和 低压(小于1MPa)三种基本类型。4.2 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。
1空分发展的历史
概
一
、
2空气分离的基本过程；
概
述
3 空分装置类型
4 氮气氧气的应用
3
1、空气分离的主要目的是什么？ 2、空气分离的主要产品有哪些？ 3、空气分离的产品有哪些应用？
1
世界上最早使用空气液化分离技术的国家是德国。德国Linde公
司早在1891年就开始在实验室进行空气液化研究工作，几年之后，
空气深冷液化分离
主讲人：张国伟
内容概要
克拉玛依职业技术学院
Karamay Vocational &Technical College
1、概述 2、空气的净化 3、空气的液化 4、空气的分离 5、空分流程
6、空分深冷分离的操作控制
2
克拉玛依职业技术学院
Karamay Vocational &Technical College
1 机械杂质的脱除 2 水分、二氧化碳和乙炔的脱除
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
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1.1,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。
3.袋式过滤器
3
袋式过滤器 一般由滤袋、清 灰装置、清灰控 制装置等组成(见 图⒈3)。滤袋是 过滤除尘的主体, 它由滤布和固定 框架组成
4.干带式过滤器
干带式过滤器的 结构如图⒈4所 示。干带式过滤 器所用的干带, 是一种尼龙丝组
史
大型全低压流程。到目前为止，世界上投产的空分设备最大制氧 能力为12.25万m3（标）/h。
2 空气分离的基本流程
2、1空气分离的基本原理及方法
➢ 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
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。
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。
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
2.2空气的组成
2.2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。
➢ 空气中除氧、氮和氩外，还有氖、氦、氪、氙等稀有气体，这些 稀有气体广泛应用在国防、科研及工业上，稀有气体的提取也直 接关系到空分装置氧气的提取率和生产运行能耗。目前大型的空 分装置都普遍带无氢制氩工艺。
2.3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
2、1空气分离的基本原理及方法
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。
2.油浸式过滤器
1
2
油浸式过滤器由许 多片状链组成,链借
链轮的作用以 2mm/min的速度移 动或间歇移动(见图 ⒈2)。片状链上有 钢架,钢架悬挂在链 的活动接头上,架上 铺有孔为1mm2的细 网。
空气通过网架时,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,并重被覆盖 一层新的油膜。油浸 式过滤器的效率一般 为93%~99%