空分教程11讲解.docx

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空分教程11讲解

KDON-6600/6600型空分课程

一，前言

空气中99.04%是氧气和氮气，氧气占20.95%，氮气占78.09%，其它成份以氩气为主占0.932%，它们基本不变，氢及二氧化碳和碳氢化合物视地区和环境在一定范围内变化，空气中的水蒸汽含量随着饱和温度和地理环境条件影响而变化较大。

我们的空分工序是把空气中的氧气提炼出来，这就需要先把空气净化，除去杂质及有害物质，然后实现氧气、氮气、氩气分离的目的。

由于氩含量比较少，也可以说是氧气、氮气分离。

空气分离的基本原理是利用液化空气中各组份沸点的不同而将各组份分离开来，在标准大气压下，氧气的沸点是-183℃左右，氮气的沸点是-196℃左右，氩气的沸点是-186℃左右，而作为混和物的空气，它的液化温度是-192℃左右，这些温度点随着压力的提高而升高。

要实现空气分离的目的，空分装置的工作包括下列过程：

1，空气的过滤和压缩

2，空气中水份和二氧化碳的消除

3，空气被冷却到液化的温度

4，冷量的制取

5，液化

6，精馏

7，危险杂质的排除

空分主要设备有：

空气过滤器,空气压缩机，级间冷却器，空气冷却塔，纯化器，膨胀机，主换热器，液氧蒸发器，过冷器，主冷凝蒸发器（简称主冷），分馏塔上塔和下塔，水冷塔，蒸汽加热器，水泵，冷水机组等等。

二，流程简介

原料空气吸入，经空气过滤器除去灰尘及其它机械杂质。

空气经过滤后在离心式空压机中经压缩至0.56MPa左右，在空气冷却塔内预冷。

冷却水分段进入冷却塔内，下段为循环冷却水，上段为来自水冷塔的低温冷冻水，空气自下而上穿过空气冷却塔，在冷却的同时，又得到清洗。

空气经空气冷却塔冷却后，温度降至~10℃，然后进入切换使用的分子筛吸附器，空气中的二氧化碳，碳氢化合物及残留的水蒸气被吸附。

分子筛吸附器为两只切换使用，其中一只工作时，另一只再生。

纯化器的切换周期为240分钟，定时自动切换。

空气经净化后，进入分馏塔系统。

进入分馏塔系统的空气又分为两路：

一路空气直接进入主换热器，在主换热器中与返流气体（氧气、氮气、污氮气）换热达到空气液化温度约-172℃。

该部分空气又分为两部分，一部分经过节流压力降至0.5MPa进入下塔C1底部参加精馏。

另一部分进入液氧蒸发器被液氧冷凝为液态（液空），送入下塔C1中部参加精馏。

而另一路去增压透平膨胀机增压后进入主换热器，在主换热器内被返流气体冷却至162K（-111℃）时抽出进入膨胀机ET1（或ET2）膨胀，产生装置所需的大部分冷量，膨胀后的气体全部送入上塔或旁通污氮一部分后送入上塔（视装置运行情况而定）参加精馏。

在下塔中，空气被初步分离成氮和富氧液空，顶部氮气在冷凝蒸发器中被冷凝为液体，同时主冷的低压侧液氧被汽化。

部分液氮作为下塔回流液，另一部分液氮从下塔顶部引出，经过冷器被氮气和污氮气过冷后，经过节流阀送入上塔顶部参加精馏。

下塔底部的液空及贫液空出下塔，在过冷器中过冷后经节流阀送入上塔参加精馏。

液氧从主冷底部引出送入液氧蒸发器E5中，同时利用主冷与液氧蒸发蒸发的高度差，从而达到氧气被增压的目的。

在液氧蒸发器E5中，液氧被空气加热汽化后进入主换热器，复热后出冷箱送往用户。

液氧从液氧蒸发器E5引出送去贮槽。

污氮气从上塔上部引出，并在过冷器及主换热器中复热后送出分馏塔外，作为分子筛吸附器的再生气体。

氮气从上塔顶部引出，在过冷器及主换热器中复热后出冷箱，一部分作为产品氮气送出，其余氮气进入水冷却塔中作为冷源冷却循环水。

产品液氧、液氮分别送入各自的贮存系统贮存备用。

三，空气压缩机的工作原理及其在空分工艺中的作用

气体的压缩即提高气体的压力是通过压缩机来完成的。

压缩机按照其压缩原理可以分成容积型和速度型两大类，容积型压缩机是靠缩小工作容积，使气体分子间的间距变小，增加单位内的分子数来提高气体的压力。

而工作容积的变化由在气缸内作往复运动的活塞或旋转的转子来实现，如活塞式和螺杆式压缩机。

速度型的压缩机以高速旋转的离心力而使气体获得高速度，利用气流的惯性，在减速运动中，气流后面的气体分子挤压前面已经停止下来的气体分子，而使分子间距缩短，提高了压力，如离心式压缩机。

作为中型制氧系统的动力源，需要采用低压的离心式压缩机，与活塞式压缩机相比，离心式压缩机有下列优点：

1，结构紧凑、尺寸小、排气量大、机组重量轻，原材料消耗少；、

2，没有气阀、填料、活塞环等易损件，连续运转周期长；

3，在转子与定子之间，除轴承和轴端密封之外，没有接触磨擦的部分，气缸内不需要油润滑，所以加工空气中不带油；

4，供气连续稳定、无循环脉动；

主要缺点为：

1，稳定工作范围较窄，一旦偏离设计工况，效率降低，甚至发生故障，也就是可调性相对较差；

2，在高速高温下工作的叶轮和轴，要求用高级合金钢制造，而且制造工艺要求高。

工作原理：

离心式压缩机之所以能够提高气体的压力，是因为气体在叶轮高转速的带动下（6000~20000r/min），气体产生很大的离心力和很高流速。

离心力使气体的压力增高，高速度则使气体的动能增加，气体从叶轮四周甩出后进入扩压器，气体的流速降低，使动能转化为压力能，每经过一次叶轮，其升压约为进口压力的1.3~2倍，为了获得所需压力，就必须采用多个叶轮，就是多级压缩机。

吸气室的作用是将所需压缩的气体，由进气管或中间冷却器的出口均匀地吸入工作轮是去，有轴向和径向。

工作轮也称为叶轮，它是压缩机是最重要的部件，气体在工作轮叶片的作用下，跟着工作轮作高速旋转，气体受旋转离心力的作用，以及在工作轮里的扩压流动，使气体通过工作轮后的压力得到了提高。

扩压器：

气体从工作轮流出时，具有较高的流动速度，为了充分利用这部分速度能，常常在工作轮后设置了流通截面逐渐扩大的扩压器，用以把速度能转化为压力能，以提高气体压力。

蜗壳的主要目的是把扩压器后面或工作轮后面的气体汇集起来，把气体引到压缩机外面去，使它流向气体输送管道或流到冷却器去进行冷却。

压缩机的动力是电动机，电动机带动叶轮转动，使气体的压力升高，同时温度也升高，气体的能量增加，根据能量守恒定律，增加的能量是由电动机电能转化而来的。

而高温高压气体经过水冷器后，又把能量传递给水，变成高压常温气体，就是这些失去大量热能的气体，通过一系列设备，最终变成超低温的液态空气，完成精馏工况的原料基础。

四，氮水预冷系统的工作原理及作用

在全低压空分设备中普遍设有氮水预冷器，它主要利用污氮中水的不饱和度，使部分水蒸发，而水蒸发时吸收汽化潜热，使冷却水温度降低，降温后的冷却水再通过冷冻机组，变为冷冻水，温度进一步降低，再利用冷冻水来冷却压缩空气，降低进纯化器空气温度，它包括空气冷却塔和水冷却塔。

设置氮水预冷器的根本目的是降低空气温度，避免温度大幅度波动。

因为压缩空气的温度的高低直接影响纯化器的吸附能力及效果、精馏塔的工况以及整个空分设备的经济性。

空气冷却塔是一个直径为1.8m，高度为20m左右的塔，分上下两段，分别装有填料，顶部为丝网除沫器。

空气由下端进塔，从顶部引出；低温冷冻水从上端进入，在上段与空气通过填料进行热量交换，冷却水从中部进入，在下段与空气进行预换热。

由于低温冷冻水的温度只有8℃左右，在经过空气冷却塔的冷却和洗涤之后，出塔气体温度在10℃左右。

低温冷冻水和冷却水均由塔底引出，经总管回到凉水塔，出塔气体已达到我们所需温度，它将进入下一个程序：

纯化系统以除去水、二氧化碳、和乙炔及碳氢化合物。

水冷塔是一个直径为1.7m，高度为14m左右的塔，内部也装有填料，顶部有丝网除沫器。

循环水从水冷塔上部进入，顺流而下；从分馏塔引出的不纯氮气（称为污氮）及纯氮由水冷塔下部进入，通过填料与水换热，再经过丝网除沫器，在塔顶放空。

首先，污氮的温度比水温低，能够与水换热，使水得到冷却而温度降低；再者，污氮比较干燥，相对湿度小，所以水不断蒸发，扩散到污氮中去，而水蒸发需要吸收汽化潜热，从水中带走热量，也使得水的温度不断降低。

必须指出：

污氮吸湿是使水降温的主要因素，因此污氮的相对温度是影响冷却效果的关键，这也是为什么有可能出现冷却水出口温度低于污氮进口温度的原因。

五，纯化系统的工作原理及作用

纯化系统的设备属于净化设备，它应把对空分工艺不利的其他成份全部清除。

水和二氧化碳在低温下结成冰和干冰后会堵塞设备管道和阀门，影响空气分离的正常进行；乙炔等碳氢化合物在空分装置中积聚会导致爆炸事故的发生。

为保证生产顺利进行，必须对原料空气进行净化。

吸附法可以用来清除水分、二氧化碳、乙炔及其它碳氢化合物。

某种物质的分子在一种多孔固体表面浓聚的现象称之为吸附，被吸附的物质叫吸附质，而具有多孔的固体表面的吸附相称作吸附剂。

分子筛纯化器就是应用吸附法同时清除水分、二氧化碳、乙炔及其它碳氢化合物。

分子筛是一种吸附剂，它具有巨大的表面积，每克分子筛的表面积高达800~1000M2，我们所使用的13X型分子筛，它内部的孔径为1×10-9m，外型为直径2~6mm的球状和条状。

它吸附具有选择性，优先吸附水份，再吸附乙炔，最后吸附二氧化碳，因此，检验吸附效果只需测量二氧化碳含量是否达标就行。

它的吸附能力随温度升高而减弱，随时间延长而变小。

当吸附完毕时，只要经过加热就能使分子筛重新活化再生，两只分子筛纯化器就能循环使用。

分子筛纯化器的再生是利用分馏塔内的氮气经蒸汽加热器加热后进入纯化器，使其释放所吸附的水分、二氧化碳、乙炔及其它碳氢化合物，全部释放后，再用常温氮气冷吹，使其达到正常工作温度，进入备用状态。

到一定时间后，这一只进入工作状态，另一只再生，两只交替使用。

分子筛的寿命一般在5~10年，到一定期限后，就要更新分子筛。

使用时气流不能过大，以防吹碎分子筛。

六，膨胀机系统的结构，工作原理及其在空分工艺中的作用

在低温法制氧装置中膨胀机是十分关键的机组，因为在启动制氧机时，需要膨胀机提供大量的冷量使空气液化，而在正常运行时，也要依靠膨胀机制冷以补偿冷损。

虽然制冷的方法有两种即等温节流循环制冷及膨胀机制冷，但膨胀机制冷量比等温节流循环制冷量大，而且动力消耗小。

以中压流程为例，1Kg空气从300K，5.0MPa节流至0.6MPa，温降只有9℃，制冷量也只有9kJ;而空气在膨胀机膨胀，即使效率只有50%，温降也高达75℃，制冷量在82kJ左右，约为等温节流循环制冷量的9倍。

膨胀机按结构分为活塞式和透平式，透平膨胀机除了比活塞式膨胀机效率高外，还有以下优点：

1，透平膨胀机的流通部分，工作气体可以高速并且连续地通过，流动损失小。

因此，可以在尺寸较小的机器中膨胀大量的气体，减少热流对工质的影响，而且可以节约金属。

2，透平膨胀机的流通部分没有机械摩擦部件，因此无需润滑，既对空分装置的可靠运转有利，又利于保证分离产品的纯度。

3，在透平膨胀机流通部分中，气体可以充分膨胀到给定的背压，因此，理论上全部理想焓降都可用来产生功对外输出，致使气体强烈地冷却。

因此透平膨胀机的效率可以很高，达80%以上。

4，透平膨胀机的结构简单，制造和维修工作量较小。

透平膨胀机是一种旋转式制冷机械，它由蜗壳、导流器、工作轮和扩压器等主要部分组成。

当具有一定压力的气体进入膨胀机的蜗壳后，被均匀分配到导流器中，导流器上装有喷嘴叶片。

气体在喷嘴中将气体的热力学能（内能）转换成流动的动能，气体的压力和焓降低，出喷嘴的流速可高达200m/s左右，当高速气流冲到叶轮的叶片上时推动叶轮旋转并对外做功，将气体的动能转换为机械能。

通过转子轴带动风机、发电机或增压机对外输出功。

从气体流经膨胀机的整个过程来看，气体压力降低是一膨胀过程，同时对外输出了功。

输出外功是靠消耗了气体内部的能量，反映出温度的降低和焓值的减小，即是从气体内部取走了一部分能量，也就是通常所说的制冷量。

根据能量转换和守恒定律可知，气体在透平膨胀机内进行绝热膨胀对外作功时，气体的能量（焓值）一定要减少，从而使气体本身强烈地冷却，而达到制冷的目的。

怎样使气体对外作功呢？

活塞膨胀机通过气缸容积的改变，使气体绝热膨胀，推动活塞对外作功，达到制冷的目的。

在透平膨胀机中，气体的能量转换发生在导流器的喷嘴叶片间与工作叶片内。

和所有的叶片式机械一样，向心式透平膨胀机的工作原理根据气流动量矩变化的规律，即通过旋转工作轮一定形状的流道时，动量矩发生改变，对外输出功，而消耗气体本身的内能，降低温度。

从原理上讲，透平膨胀机就是一种冷气发动机，和蒸汽透平与燃气透平的原理是相同的，只不过是透平膨胀机的根本用途是着眼于工作气体焓值降低而制取冷量这一点上，至于它对外输出功的回收问题则是次要的。

向心式透平膨胀机的主要元件是固定的导流器（喷嘴）系统和旋转工作轮。

导流器与工作轮安装在蜗壳中，膨胀气体自进气管进入蜗壳，由蜗壳均匀地将气体送到所有喷嘴，再经过工作轮、扩压器从排气管排出。

此通路总称为透平膨胀机的流通部分。

导流器使气体获得很高的速度，并相对于工作轮旋转轴心线具有一定的动量矩。

因此，必须由喷嘴进入工作轮的气流速度C1,具有圆周分速度C1u，即喷嘴应当与工作轮外周的切线方向有一夹角а1k。

气流在喷嘴内发生能量转换，具有很高的绝对速度C1，是气体压力由P0膨胀到P1转换成动能而得到的。

工作轮是将气体的能量转换到轴上，对外输出机械功，致使工作气体本身强烈地冷却。

为使气流能量能够传递给工作轮叶片，气流在工作轮出口处的动量矩应小于进口处的动量矩。

这可以从结构上利用工作轮叶片间流道形状与旋转速度之间一定的配合来达到。

气流在经工作轮流动过程中，动量矩减小，气流对叶轮施以旋转力矩，除去损失外，变为外部机械功，由膨胀机转轴带动发电机或制动风机而消耗。

膨胀机在低温下运转，密封极为重要。

对于反动式透平膨胀机，导流器与工作轮的间隙处的压力P1较机器的背压P3要高，所以要在转轴上严格密封，以减少冷气体泄漏。

由于透平膨胀机转速很高，常采用迷宫式密封结构。

七，换热器的结构及作用

使热量由热流体传给冷流体的设备称为换热器。

按传热原理来说可分为间壁式、蓄热式和混合式。

我们常用间壁式，其特点是冷热两种流体被传热壁面（管壁或板壁）隔开，在传热过程中互不接触，热量由热流体通过壁面传给冷流体，例如管式、板式换热器。

温度差是热量传递的动力，整个传热过程分为分三个阶段：

1，热流体把热量Q传给壁面1

2，热量Q由壁面1通过器壁内部传到壁面2

3，热量由壁面2传到冷流体

传热是一个复杂的过程，影响传热量的因素很多，实验表明，每小时的传热量Q与冷、热流体的温度差△t（℃）成正比，与传热面积F（m2）的大小成正比，写成公式为

Q=3600KF△t（kj/h）

式中K为传热系数，表示当壁面两侧流体温差为1℃时通过单位面积的传热能力，其单位是W/（m2℃），传热系数反映了除传热面积F和温差△t（℃）以外所有影响传热各种因素。

显然，传热系数K值越大，表示传热能力越强，反之则弱。

我们所使用的换热器主要有以下几个：

中间冷却器、主换热器、增压水冷器、过冷器、液氧蒸发器和主冷凝蒸发器（简称主冷）

中间冷却器：

用在空气压缩机系统中，空气在经过压缩之后，压力温度均升高，而这些气体还要进行下一级压缩以取得我们所需压力，随着气温的升高，气体体积要膨胀，压缩更困难，要压缩到同样的压力需要消耗更多的能量，为了减少压缩机的耗能，提高等温效率，必须把温度降下来之后再进行下一步可压缩。

全低压制氧系统的压缩机需要四级压缩才能达到工艺要求，这就在一级、二级、三级后面分别设置三个中间冷却器，使压缩气体温度降下来，而四级压缩之后，获得100℃0.56MPa的压缩气体直接去预冷系统进行降温和洗涤，不必专门设置换热器。

中间冷却器由碳钢制作，换热管为无缝管，管内通过冷却水，管外通压缩空气。

主换热器：

在分馏塔系统中进冷箱的温度在12℃左右，而由分馏塔上塔引出的气体温度均在-170℃以下，而压缩空气也只有在变为液态空气之后才能实现氧氮分离。

因此，必须使12℃的压缩空气降到所需温度，而它所需的冷源就是由上塔引出的低温气体。

主换热器就能实现这一过程，它由铝材制成，能够承受低温，而且换热效率高，能够保证热端及冷端温差在3℃以内。

经过主换热器之后，低温气体升到常温，而常温压缩气体降至低温，达到低温的压缩空气分两路进入分馏塔的下塔。

增压水冷器：

在工艺系统中，为限制膨胀机制转速不至于超出范围，我们采取增压制动，增压后的压缩空气由0.56MPa升至0.78MPa,必然造成温度升高,而这部分气体直接进主换热气会增大主换热器负荷。

为此，必须设置增压后水冷器，使增压后的压缩空气恢复到15℃左右，也为碳钢制成。

换热管内为压缩气体，管外为冷冻水。

过冷器：

在分馏塔内部，下塔温度比上塔稍高，而下塔液体必须输送到上塔，上塔的气体也要向外送出，为回收上塔送出的部分冷量特设置过冷器，也为铝材制造。

它的作用就是使下塔送往上塔的液体温度进一步降低。

液氧蒸发器：

在分馏塔冷凝蒸发器中，氧气蒸发后的压力只有40KPa，这个压力送出冷箱后不能达到向后工段输送氧气的压力要求，为提高送氧压力，在分馏塔基础之上设置液氧蒸发器，液氧由主冷引出，送到液氧蒸发器。

利用主冷与液氧蒸发器之间的高度差实现液氧蒸发的压力达到65KPa。

由于也在低温下工作，所用材质均为铝制，它为直径为2.2m高近4m的罐体，内部装有管束，空气通过管束时与与管束外的液氧进行换热，液氧吸收热量被蒸发，空气放出热量被液化。

液化后的空气（称液空）进入下塔进行预精馏。

液氧蒸发后再经过主换热器复热后送出。

主冷凝蒸发器（简称主冷）：

主冷是联系上下塔的纽带。

下塔的顶部是分离出来的成品氮气，上塔底部是汇集到一起的成品液氧，液氧需要蒸发作为上塔的上升气，氮气要冷凝作为下塔的回流液。

一个需热源，一个需冷源，两者结合在一起就构成一个整体，这个结合件就是主冷。

但是，在标准大气压下液氧的蒸发温度在-183℃，氮气的冷凝温度在-196℃，液氧蒸发需要吸收热量就需要一个温度比自身稍高的热源，此时氮气的冷凝温度却在其下！

怎么办？

必须使氮气的冷凝温度比液氧的蒸发温度稍高才能进行正常的蒸发冷凝工作。

我们知道气体的沸点随压力增加而升高，只要把下塔氮气的压力提高到一定程度就能使其冷凝温度在液氧蒸发温度之上。

液氧的蒸发温度取决于液氧纯度与压力，蒸发温度与冷凝温度差越大，蒸发冷凝效果越好，但这也需要下塔氮气的更高压力，压力提高后必然导致空压机负荷增加，能耗增加。

因此主冷温差一般控制在1.2~1.6℃左右。

八，节流阀的工作原理及作用

当气体或液体在管道内流过一个缩孔或一个阀门时，流动受到阻碍，流体在阀门处产生漩涡、碰撞、摩擦，流体要流过阀门，必须克服这些阻力，表现在阀门后的压力比阀门前的压力低得多。

这种由于流动遇到局部阻力而造成压力有较大降落的过程，通常称为节流过程。

实际上，当流体在管路及设备中流动时，也存在流动阻力而使压力有所降低。

但是，它的压力降低相对较小，并且是逐渐变化的。

而节流阀的节流过程压降较大，并是突然变化的。

例如空气流经主热交换器的压降约在0。

01MPa左右，而液空从下塔通过节流阀节流到上塔时，节流前后的压降可达0。

45MPa。

在节流过程中，流体既未对外输出功，又可看成是与外界没有热量交换的绝热过程，根据能量守恒定律，节流前后的流体内部的总能量（焓）应保持不变。

但是，组成焓的三部分能量：

分子运动的动能、分子相互作用的位能、流动能的每一部分是可能变化的。

节流后压力降低，比容积增大，分子之间的距离增加，分子相互作用的位能增大。

而流动能一般变化不大，所以，只能靠减小分子运动的动能来转换成位能。

分子的运动速度减慢，体现在温度降低。

在空分设备中，遇到的节流均是这种情况，这也是节流降温制冷要达到的目的。

节流的目的是为获得低温，因此希望节流温降的效果越大越好。

影响节流温降效果的因素有：

节流前的温度。

节流前的温度越低，温降效果越大。

节流前后的压差。

节流前后压差越大时，温降越大。

要提高节流前压力，则必须提高压缩机的排气压力，相应地要增加压缩机的能耗，但这并不是我们所希望的。

九，分馏塔的工作原理

分馏塔由上塔、下塔和主冷组成，上塔为规整填料塔Φ1800×28915，下塔为筛板塔Φ2028×9556，主冷为Φ2400×5070。

筛板是由筛孔板、溢流斗、无孔板组成的。

筛孔板上分布有许多小孔，蒸气自下而上穿过小孔，经塔板上的液体层传热、传质后上升。

液体按照一定路线从塔板上流过，液体由稳定流速的蒸气托持着，经溢流斗流到下一块塔板的无孔板（受液盘）。

液层的厚度由塔板上的进口挡板和出口挡板高度来决定。

依据液体在塔板上的流动方向，筛板的形式为对流、径流、环流式。

环流式还分为单溢流和双溢流，液体在塔板上流动路线长，气液接触时间也长，热质交换充分，但是塔板阻力大，精馏分离的能耗升高。

所以中压小型制氧机通常采用环流塔板，对于全低压制氧机，由于塔板阻力直接影响制氧机能耗，且环形塔板直径大，因此，多数采用对流或径流板。

全低压中小型制氧机通常采用对流板；全低压大型制氧机采用径流板。

规整填料由厚约0.22mm的金属波纹组成，一块块排列起来的金属波纹板，低温液体在每一片填料表面上都形成一层液膜，与上升的蒸气相接触，进行传热传质。

规整填料的金属比表面积约是筛板的30倍，液氧持留量仅为筛板的35%~40%。

而且，因为精馏塔截面积比筛板塔小1/3，填料垂直排列，不存在水平方向浓度梯度的问题，只要液体分布均匀，精馏效率较高，压力降较小，气体穿过填料液膜的压差比穿过筛板液层的压差要小得多，约只有50Pa。

上塔底部压力的下降，必然可导致下塔压力降低，进而使空压机的出口压力相应降低，使整套空分的能耗降低。

同时，规整填料液体的滞留量小，因此，对负荷变化的应变能力较强。

与筛板塔相比，优点如下：

a）压降非常小

b）热、质交换充分，分离效率高，使产品的提取率提高

c）操作弹性大，不产生液泛或漏液，所以负荷调节范围大，适应性强。

d）液体滞留量少，启动和负荷调节速度快

e）可节约能源

f）塔径可以减小

此外，应用规整填料后，由于当量理论塔板的压差减小，全精馏制氩可能实现，氩提取率提高10%~15%。

规整填料精馏塔一般分为3-5段填料层，每段之间有液体收集器和再分布器，传统筛板塔的板间距为110-160mm,而规整填料的等板高为250-300mm，因此填料塔的高度会增加。

精馏塔是设有多层塔板的设备。

在塔板上有一定厚度的液体层。

精馏塔一般多为双级精馏塔，分为上塔和下塔两部分。

压缩空气经清除水分、二氧化碳和乙炔，并在热交换器中被冷却后送入下塔的下部，作为下塔的上升气。

因为它含氧21%在0.6MPa压力下，对应的饱和温度为-173℃左右。

在冷凝蒸发器中冷凝的液氮从下塔的顶部下流，作为回流液体。

因其含氧为0.01%~1%，在0.6MPa压力下的饱和温度约为-176℃。

由此可见，精馏塔下部的上升蒸气温度高，从塔顶下流的液体温度较低。

下塔的上升气每经过一块塔板就遇到比它温度低的液体，气体本身的温度就要降低，并不断有部分蒸气冷凝成液体。

由于氧是难挥发组分，氮是易挥发组分，在冷凝过程中，氧要比氮较多地冷凝下来，于是剩下的蒸气中含氮浓度就有所提高。

就这样一次、一次地进行下去，到塔顶后，蒸气中的氧绝大部分已被冷凝到液体中去了，其含氮浓度高达99%以上。

这部分氮气被引到冷凝蒸发器中，放出热量后全部冷凝成液氮，其中一部分作为下塔的回流液从上往下流动。

液体在下流的过程中，每经过一块塔板遇到下面上升的温度较高的蒸气，吸热后有一部分液体就要气化。

在气化过程中，由于氮是易挥发组分同，氧难挥发组分，因此氮比氧较多地蒸发出来，剩下的液体中氧浓度就有所提高。

这样一次、一次地进行下去，到达塔底就可得到氧含量为38%~40%的液空。

因此，经过下塔的精馏，可将空气初步分离成含氧38%~40%的富氧液空和含氮99%以上的液氮。

然后将液空经节流降压后送到上塔中部，作为进一步精馏的原料。

与下塔精馏的原理相同，液体下流时，经多次部分蒸发，氮较多地蒸发出来，于是下流液体中的含氧浓度不断提高，到达上塔底部可得到含氧99.2%~99.6%的液氧。

从液空进料口