《空分培训教材》word版

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1、空分制氮基本原理编写：审核：批准：目录一、空气分离的方法213二、空气的组成2三、空气分离制氮的基本原理2四、空分流程的发展技术3五、本装置空分流程特点4六、本装置简介5七、主要设备介绍5八、空分主要技术性能指标5九、空分工艺流程5一、空气分离的方法空分的含义：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。1.深冷法（也称低温法）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﹣196℃13），沸点低的

2、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

3、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。二、空气的组成空气是由多种气体组成的，各组分气体的体积分数大约是：氮气78%，氧气21%，氦、氖、氩等稀有气体0.94%，二氧化碳0.03%，其他气体和杂质0.03%。三、空气分离制氮的基本原理空气分离的基本原理就是利用低温精馏法将空气冷凝成液体(空气冷凝温度-173℃)，然后按各组分蒸发温度

4、的不同将空气分离制取氮气。压缩空气除去水分和二氧化碳等杂质后，经热交换系统和增压膨胀机制冷后进入下塔，在塔板上气体与液体接触，由于气、液之间温度差的存在,在进行传热和传质交换时,低沸点组分氮吸收热量开始蒸发,氮组分首先蒸发出来，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。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

5、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。空气在下塔被初步精馏为气氮、污液氮和富氧液空，以节流阀减压降温后送至上塔作为上塔的回流液，进一步实现精馏，最终在上塔顶部得到纯氮气。13四、空分流程的发展技术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

6、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，使空分设备在高效、节能、安全等方面取得了进步。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

7、，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。五、主要设备介绍1.空气压缩机（1）空压机的分类A.容积式压缩机：是依靠往复运动或旋转运动来改变工作容积，从而使气体体积缩小而提高气体压力，即压力的提高是依靠直接将气体体积压缩来实现。容积式的包括往复式（活塞机、隔膜式）、回转式（罗茨式、螺杆式、滑片式、液环式）。B.动力式（速度式）压缩机：是依靠高速旋转叶轮的作用，提高气体的压力和速度，使一部分气体的速度转变为气体的压力能，即借助高速旋转叶轮的作用，使气体分子得到一个很高的速度，然后在

8、扩压器内使速度降下来，把动能转化为压力能。速度式包括轴流式、离心式、轴心式+离心复合式、喷射式。本装置采用离心式空气压缩机（三级压缩、带末端冷却器）。