空气分离技术研究进展.docx
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空气分离技术研究进展
新疆工业高等专科学校
毕业设计（论文）
2010届
题目空气分离技术研究进展
专业煤炭深加工与利用
学生姓名王欣
学号070499
小组成员
指导教师尹兆明
完成日期2010-05-03
新疆工业高等专科学校教务处印制
毕业设计（论文）格式要求：
（一）论文目录分三级，统一按1，，1.1.1等层次编写，并注明页码，正文中没有第三级小题目的，能够只列二级目录。
目录还应包括参考文献、附录。
（二）正文一般应分为几个大的部份，每一个部份应由小题目；正文中引用的符号较多，可在正文前列出符号表；正文中引用的技术数据要注明出处；正文中引用的重要论断要注明作者，年份。
（三）正文中的注释采用脚注或尾注。
其格式为：
1．高作：
作者姓名，《书名》，xx出版社[M]，xxxx年第x版，第xx页
２．论文：
作者姓名，《论文题目》，《杂志名称》[D]，xxxx年第x期，第xx页
以英文大写字母方式标识各类参考文献,专著[M]、论文集[C]、报纸文章[N]、期刊文章[J]、学位论文[D]、报告[R]
（四）参考文献一般不低于10本（篇），引用格式与正文注释一致。
新疆工业高等专科学校
毕业设计成绩评定报告
班级煤化07-1班专业煤炭深加工与利用姓名王欣日期
1、设计题目：
空气分离技术研究进展
专题：
2、指导教师：
姓名尹兆明职称单位化工系
3、设计评阅人:
姓名职称单位
4、答辩评定意见：
成绩：
5、答辩委员会（签名）：
日期：
毕业设计评定意见参考提纲
1.学生完成的工作量与内容是不是符合任务书的要求。
2.设计或论文（说明书）的优缺点，包括：
学生理论水平、独立实践工作能力、表现出的创造性和综合应用能力、勤勉态度等。
3.设计或论文（说明书）中较成功的部份。
4.作毕业设计或论文（说明书）时碰到的困难和问题。
新疆工业高等专科学校
毕业设计任务书
班级煤化07-1班专业煤炭深加工与利用姓名王欣日期
1、设计题目：
空气分离技术研究进展
专题：
2、原始资料：
3、设计要求
说明书：
图纸：
4、设计日期：
任务下达日期完成日期
5、设计指导教师：
设计内容：
答疑教师：
设计内容：
答疑教师：
设计内容：
答疑教师：
6、教研室审核（签名）：
7、系部负责人审核（签名）：
空气分离技术研究进展
学号：
070499姓名：
王欣
（新疆工业高等专科学校,乌鲁木齐830091）
摘要：
空气分离技术是一种通过各类方式将空气中的不同组分分离开来的技术；随着科学技术的不断进展和新技术的不断涌现，各类新的空气分离技术不断涌现，就目前而言，主要有空气深冷液化分离、碳分子筛变压吸附空气分离和变压膜渗透空气分离三种技术在各类领域应用较多。
空气深冷液化分离是利用深度冷冻原理将空气液化，然后按照空气中各组分沸点的不同，在精馏塔内进行精馏，取得氧、氮、一种或几种稀有气体（氩、氖、氦、氪、氙）。
碳分子筛变压吸附空气分离技术是基于动力学分离的原理,利用混合物中不同组分的扩散、吸附速度差来实现的。
变压膜渗透空气分离技术是通过变压膜在非稳态情形下对空气不同组分分子的不同渗透速度将空气不同组分分离开来的技术。
空气深冷分离由于其分离量大，技术成熟，已经应用在各大煤化工企业当中。
谈分子筛变压吸附制氧（制氮）普遍用于冶金、化工、化纤、化肥、造纸、采油、污水处置、垃圾焚烧、煤矿防灭火、保鲜贮藏、金属热处置等。
变压膜空气分离技术是现今世界竟相进展的高新技术，属高分子材料科学，它是21世纪十大新科技产业之一。
由于膜分离没有相变、不需要再生，所以膜分离技术具有技术先进、投资少、操作费用低、寿命长、操作简单、开停机方便、占地面积小、操作弹性大、保护费用低等长处，变压膜空气分离技术将是21世纪最具潜力的空气分离技术。
关键：
深冷分离，变压吸附，膜渗透，进展趋势
1.空气分离技术的进展史
空气分离技术，以德国卡尔·林德教授于1985年和1903年前后发明了第一套空气液化设备和10m3／h（氧）空气分离设备算起，至今已有100年历史。
在100年中，随着科学技术的不断进展和新技术的不断涌现，气体分离与液化设备不仅在品种、品级、性能和设计、制造技术等方面取得了专门大的进展，日趋完善，而且在国民经济中的应用范围也愈来愈普遍。
就目前而言，主要有三种分离技术比较流行。
第一种是空气的深冷分离技术，这是一种最先出现的分离技术，早在一百连年前就已经被人们所应用，通过这一百年来的工业化生产的实践和不断对设备和生产技术的改良，空气的深冷分离技术已经很成熟的应用在各大煤化工企业当中。
第二种是空气的变压吸附分离技术，碳分子筛上的空气分离是基于动力学分离的原理,利用混合物中不同组分的扩散、吸附速度差来实现的。
这里,吸附剂是变压吸附（PSA）技术的基础和核心,吸附剂的性能决定了整个吸附分离的工艺线路和操作条件,决定了分离效率、再生费用乃至影响整个进程的运转费用。
吸附剂的性能是提高PSA工艺竞争力的关键。
优良的PSA吸附剂应该具有[1]：
①发达的微孔孔容,保证较高的吸附量；②均一、尺寸大小适宜的微孔孔径,保证较高的选择性；③良好的机械性能,能够经受压力不断转变带来的冲击。
本文通过碳分子筛S-CMS及商用碳分子筛T1-CMS的空分性能,肯定了S-CMS碳分子筛的最佳利用条件。
第三种是膜气体分离技术，膜气体分离是在稳态方式下进行,除在启动时,膜分离器的进气压力和渗透侧压力均维持不变,且气体渗透速度和纯度也不随时刻转变。
膜气体分离已经普遍应用于石油、食物、化学、药品、农业等领域,如制氢、富氧富氮、脱湿、脱二氧化碳等。
早在1971年,Paul[2]提出了一种用来提高分离选择性的过渡渗透方式，采用脉冲进料的方式对其分离性能进行了理论计算,结果显示脉冲膜分离能取得比稳态渗透高得多的选择性能，可是气体产量会大幅下降。
1991年,Beckman和Shelekhin采用脉冲进料方式，在厚度为147μm的PVTMS膜上实验研究了He/CO2混合物分离。
随后，Kao等人[3]提出了两种与前人不同的过渡渗透操作流程,采用持续进气方式实验研究了He/CH4在硅橡胶膜上的选择分离性能。
Ueda等人的专利提出了一种能够提高膜双侧压差和维持快渗透，组分分压均匀的分离流程,并对该流程分离空气的性能与传统的稳态渗透进行了比较。
Feng等人[4]提出采用两个膜组件进行变压渗透分离，主如果为了提高渗透气的压力，考察膜分离与变压吸附分离的整合潜力，改良初期的变压吸附/膜联合分离流程。
以上提出的大多数非稳态膜渗透进程虽然在气体的分离选择性能上表现较好，但产品的回收率普遍较低。
2.空气深冷分离技术
空气深冷液化分离是利用深度冷冻原理将空气液化，然后按照空气中各组分沸点的不同，在精馏塔内进行精馏，取得氧、氮、一种或几种稀有气体（氩、氖、氦、氪、氙）。
[5]按照冷冻循环压力的大小，空气深冷分离装置可分为高压（7～20MPa）、中压（～）和低压（小于1MPa）三种大体类型，高压装置一般为小型制取气态产品和液态产品的装置；中压装置主要为小型制取气态产品的装置；低压装置多为中型和大型制取气态产品的装置。
从原理上能够将空气深冷分离划分为以下几个进程：
空气的过滤和紧缩
大气中的空气第一通过空气过滤器过滤其尘埃等机械杂质，然后，在空气透平紧缩机中被紧缩到所需的压力，紧缩产生的热量被冷却水带走。
空气中水分和二氧化碳等杂质的清除
空气中的水分、二氧化碳如进入空分装置，在低温下会冻结、积聚，堵塞设备和阀门。
乙炔进入装置，在含氧介质中受到摩擦、冲击或静电放电等作用，会引发爆炸。
脱除水分、二氧化碳、乙炔等杂质的常常利用方式有吸附法和冻结法等。
分子筛吸附法是在全低压空分设备上。
逐渐用常温分子筛净化空气的技术来取代原先利用的碱洗及干燥法脱除水分和二氧化碳的方式。
这种方式是让空气通过空气预冷系统后，自下而上流过度子筛吸附器，空气中所含有的H2O、CO2、C2H2等杂质接踵被吸附剂吸附清除。
空气预冷系统是位于空气紧缩机和分子筛吸附系统之间用来降低进入分子筛吸附系统空气的温度及H2O（g）、CO2含量，它合理的利用了空气分离系统的冷量。
吸附器一般有两台，一台吸附时，另一台再生，两台交替利用。
这种流程具有产品处置量大，操作简便，运转周期长和利用安全靠得住等长处，成为现代空分工艺的主流技术。
空气分离系统中常常利用的吸附剂有硅胶、活性氧化铝和分子筛等。
2.2.1硅胶
是用硅酸钠与硫酸反映生成的硅酸凝胶，经脱水制成，其分子式可写为SiO2·nH2O。
硅胶具有较高的化学稳固性和热稳固性，不溶于水和各类溶剂（除氢氟酸和强碱外）。
2.2.2活性氧化铝
是用碱和酸从铝盐溶液中沉淀出水合氧化铝，然后通过老化、洗涤、胶溶、干燥和成形而制得氢氧化铝，氢氧化铝再经脱水而得活性氧化铝。
其分子式为Al2O3，呈白色，具有较好的化学稳固性和机械强度。
2.2.3分子筛
是人工合成的泡沸石，是硅铝酸盐的晶体，呈白色粉末，加入黏结剂后可挤压成条状、片状和球状。
分子筛无毒、无味、无侵蚀性，不溶于水及有机溶剂，但能溶于强酸和强碱。
分子筛经加热失去结晶水，晶体内形成许多毛细孔，其孔径大小与气体分子直径相近，且超级均匀。
它允许小于孔径的分子通过，而大于孔径的分子被阻挡。
它能够按照分子的大小，实现组分分离，因此称为“分子筛”。
分子筛对杂质的吸附具有选择性，其选择性第一取决于分子直径，凡大于其毛细孔直径的分子，不能进入，因此不会被吸附；第二进入毛细孔内的分子可否被吸附。
与其极性、极化率和不饱和度等性质有关。
一般对极性分子如水、二氧化碳，对不饱和分子如乙炔等易吸附；而对氢、乙烷等非极性和饱和分子不易吸附。
空气的冷却与液化
空气的液化指将空气由气相变成液相的进程，目前采用的方式为给空气降温，让其冷凝。
工业上常常利用两种方式取得低温，即空气的节流膨胀和膨胀机的绝热膨胀制冷。
节流膨胀指持续流动的高压气体，在绝热和不对外做功的情形下，通过节流阀急剧膨胀到低压的进程。
由于节流前后气体压力差较大，因此节流进程是不可逆进程。
气体在节流进程既无能量收入，又无能量支出，节流前后能量不变，故节流膨胀为等焓进程。
气体经节流膨胀后，一般温度要降低。
温度降低的原因是因为气体分子间具有吸引力，气体膨胀后压力降低，体积膨胀，分子间距离增大，分子位能增加，必需消耗分子的动能。
绝热膨胀指紧缩气体通过膨胀机在绝热下膨胀到低压，同时输出外功的进程。
由于气体在膨胀机内以微小的推动力逐渐膨胀，因此进程是可逆的。
可逆绝热进程的熵不变，所以膨胀机的绝热膨胀为等熵进程。
气体通过等熵膨胀后温度老是降低的，主要原因是气体通过膨胀机对外做了功，消耗了气体的内能，另一个原因是膨胀时为了克服气体分子间的吸引力，消耗了分子的动能。
冷量的制取
由于绝热不足造成的冷量损失、换热器的复热不足损失和冷箱中向外直接排放低温流体等因素，分馏塔需要补充冷量。
分馏塔所需的冷量是由空气在膨胀和等温节流效应而取得的。
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。
节流膨胀循环，由德国的林德第一研究成功，故亦称简单林德循环。
实际林德循环存在着许多不可逆损失，主要有：
1.紧缩机组（包括紧缩和水冷却进程）中的不可逆性，引发的能量损失。
2.逆流换热器中存在温差，即换热不完善损失
3.周围介质传入的热量，即跑冷损失
林德循环是以节流膨胀为基础的液化循环，其温降小，制冷量少，液化系数（液化空气占加工空气的比例）及制冷系数（单位功耗所能取得的冷量）都很低，而且节流进程的不可逆损失专门大并无法回收。
以等熵膨胀与节流相结合的液化循环，气体工质对外做功，能够有效的提高循环的经济性。
1902年，克劳特提出了膨胀机膨胀与节流相结合的液化循环称之为克劳特循环。
卡皮查循环是一种低压带膨胀机的液化循环，由于节流前的压力低，节流效应很小，等焓节流制冷量也很小，所以这种循环能够为是以等熵膨胀为主导的液化循环，此液化循环是在高效离心透平式膨胀机问世后，1937年原苏联院士卡皮查提出的，因此称为卡皮查循环。
为知足我国广东、福建等沿海地域经济进展的需要,国家计委己立项从年起开始入口液化天然气（LNG）,到年年入口量达到500万吨。
LNG是一种十分干净的燃料,主成份为甲烷。
在输送到用户前,通常利用海水或空气为热源,对其加热汽化。
这种方式虽然简单直接,但把LNG的宝贵冷能白白浪费了。
LNG冷能的品质很高，应当按照冷能品质分级利用,即低温的冷量尽可能低温利用。
氧气和液氮有重要应用,市场广漠,通常常利用林德循环或其他改良型循环的低温液化空气分离法制造。
这种方式把空气液化后,再按照空气中不同成份沸点不同进行分离,最终取得纯度很高的氧气、氮气、氢气或它们的液体。
这种方式须在-150——-191OC条件下进行,创造和维持低温要消耗大量电能。
因此,考虑利用冷能为空气分离提供冷源。
美国专利【6】采用内部贮存的惰性气体的液体气化补充冷量,以解决在利用冷源的空气分离装置中,因需求波动而造成的冷量供给不足。
美国专利是一种用高压氮流体把冷量传输给低温空气分离装置,温度很低的在气化和输运同时被作为制冷剂,利用高压的氮流体作载冷剂,把冷量传给紧缩之前的空气和氮气,又用的冷量使高压氮流体冷凝,另外又用高压氮经节流产生含有液体氮的湿蒸气,经分离生产出液体氮。
日本专利不用常规高压分馏塔而只用高压分馏塔冷凝段和低压分馏塔,通过把低压分馏塔生产的氮气再紧缩,利用冷却,采用氟里昂作低温与紧缩氮气及紧缩空气之间的载冷剂等方式,原料空气只紧缩到低压分馏塔操作压力,生产液氧、液氮和液氢。
这些方式别离从某个侧面提出了利用冷能进行空分的方式。
精馏及空分流程
2.5.1精馏进程
空气分离的大体原理是利用低温精馏法，将空气冷凝成液体，然后按各组分蒸发温度的不同将空气分离。
空气的精馏按照所需产品的不同，通常有单级精馏和双级精馏，二者的区别在于：
单级精馏以仅分离分离出空气中的某一组分（氧或氮）为目的；而双级精馏以同时分离出空气中多种组分为目的。
单级精馏塔有两类：
一类是制取高纯度液氮（或气氮）；一类是制取高纯度液氧（或气氧）。
它是由塔釜、塔板及筒壳、冷凝蒸发器三部份组成。
塔釜和冷凝蒸发器之间装有节流阀。
紧缩空气经净化系统和换热系统，除去杂质并冷却后进入塔底部，并自下而上地穿过每块塔板，与塔板上的液体接触，进行热质互换。
只要塔板数量足够多，在塔的顶部就可以取得高纯度的气氮。
该气氮在冷凝蒸发器内被冷却成液体，一部份作为液氮产品，由冷凝蒸发器引出；另一部份作为回流液，沿塔板自上而下地流动。
单级精馏塔分离空气是不完善的，不能同时取得纯氧和纯氮，只有在少数情形下利用，为了弥补单级精馏塔的不足，便产生了双级精馏塔。
双级精馏塔由下塔、上塔和上、下塔之间的冷凝蒸发器组成。
通过紧缩、净化并冷却后的空气进入下塔底部，自下而上穿过每块塔板，至下塔顶部取得必然纯度的气氮。
下塔塔板数越多，气氮纯度越高。
氮进入冷凝蒸发器的冷凝侧时，由于它的温度比蒸发侧液氧温度高，被液氧冷却变成液氮。
一部份作为下塔回流液沿塔板流下，至下塔塔釜便取得氧含量36%-40%的富氧液化空气；另一部份聚集在液氮槽中，经液氮节流阀节流后，进入上塔顶部作为上塔的回流液。
下塔塔釜中的液化空气经液化空气节流阀节流后进入上塔中部，沿塔板逐块流下，参加精馏进程。
只要有足够多的塔板，在上塔的最下一块塔板上能够取得纯度很高的液氧。
液氧进入冷凝蒸发器的蒸发侧，被下塔的气氮加热蒸发。
蒸发出来的气氧一部份作为产品引出，另一部份自下而上穿过每块塔板进行精馏，气体越往上升，其氮含量越高。
双级精馏塔可在上塔顶部和底部同时取得纯氮气和纯氧气；也能够在冷凝蒸发器的蒸发侧和冷凝侧别离掏出液氧和液氮。
精馏塔中的空气分离分为两级，空气第一在下塔进行第一次分离，取得液氮，同时取得富氧液化空气；富氧液化空气被送往上塔进行进一步精馏，从而取得纯阳和纯氮。
上塔又分为两段，一段是从液化空气进料口至上塔底部，是为了将液体中氮组分分离出来，提高液体中的氧含量，称为提馏段。
从富氧液化空气进料口至上塔顶部的一段称为精馏段，它是用来进一步精馏上升气体，回收其中氧组分，不断提高气体中氮组分的含量。
冷凝蒸发器是连接上、下塔，使二者进行热互换的设备，对下塔而言是冷凝器，队上塔则是蒸发器。
目前工业上用的空分塔主要有板式塔和填料塔两大类。
在板式塔中有筛板塔和泡罩塔；在填料塔中又有散装填料和规整填料。
筛板塔是空分装置中最常常利用的一种塔。
筛板塔主要由塔体和必然数量的筛孔板塔组成。
筛孔塔板上具有按必然规则排列的筛孔，孔径为，孔间距为，同时板上还装有溢流和降液装置。
泡罩塔是由很多构造相同的泡罩塔板组成的。
泡罩由罩帽、升气管、支撑板等组成。
泡罩在塔板上的排列一般有两种：
一是正三角形排列，二是正方形排列，但常常利用的是正三角形排列。
泡罩塔板的传质情形和上升蒸汽速度与泡罩的浸没深度、齿缝的形状和大小有关。
一般而言，蒸汽速度加速到必然速度，且泡罩浸没深度较为适合，齿缝开度全数暴露，气液接触良好，形成的泡沫和雾沫的数量较多，则传质情形较好。
泡罩塔与筛板塔相较有下列特点
变负荷的适应性较强，在减少蒸汽量和短时刻停车时，不易发生塔板上液体的泄露。
对稳固性要求较高的塔段，采用泡罩塔与筛孔板距离设置的方案比较好。
泡罩塔板水平度的要求比筛板塔可适当降低。
泡罩压力降大，结构复杂，造价高。
在设计工况下的塔板效率不如筛板塔，同时在停车时还容易发生爆炸，使它的利用受限。
由于泡罩塔板上蒸汽流道较大，不易被CO2等固体颗粒堵塞，所以在空分装置下塔的最下一块塔板通常采用泡罩塔板，用于洗涤空气中的固体杂质。
填料塔内装有必然高度的填料，液体自塔顶经喷淋装置喷淋下来，均匀的沿着填料的表面自上而下地流动，气体自塔底沿着填料的间隙均匀上升。
气液两相间的热量和质量互换是借助于在填料表面上形成的较薄的液膜表面进行的。
由于填料和塔壁之间的裂缝比填料层的裂缝大，如此沿填料表面下流的液体容易向塔壁处流动，产生壁流现象，使传质效果变差。
因此在较高的填料层高度中分段填装或设液体在分派器。
塔内上升蒸汽的速度和塔顶喷淋强度必需达到必然值时，才能使传质效果最佳。
按照上升蒸汽速度和喷淋强度的不同，塔内流动工况大体可分为下列五种工况。
稳流工况，当液体喷淋强度和蒸汽流速不大时，液体在填料表面形成薄膜和液滴，蒸汽上升时在填料表面与液膜进行传热和传质。
中间工况，若继续加大液体喷淋强度和蒸汽流速，开始产生气体使液体不能畅通地往下流的凝滞作用，塔内气体会产生涡流，。
这种情形较稳流工况更有利于热质互换。
湍流工况，达到中间工况后再增加液体喷淋强度和蒸汽流速，则气流在液体中形成涡流，现在热质互换比中间工况更为强烈。
乳化工况，湍流工况后继续加大液体喷淋强度和蒸汽速度，这时气体和液体猛烈混合，并难以分清，在填料层组成的自由空间中充满了泡沫，这种工况气体和液体具有最大接触面积。
生产实践证明，当湍流工况开始转入乳化工况时是填料塔工作的最佳工况。
液泛工况，气流速度高于乳化工况的蒸汽速度时，气流夹带着液体往塔的上方流动，正常的精馏进程受到破坏，这就是填料塔的液泛工况。
2.5.2基于深冷技术的空分系统流程
质量为100kg/s的K的空气通过紧缩机紧缩后第一进入一级换热器【7】，被返流的氧气和氮气冷却至K，经分子筛分离器除去二氧化碳、氩气等杂质气体后，进入二级换热器，与返流的产品气进行换热，其温度降为氮、氧混合气体压力下的饱和温度（约108K）。
氮、氧混合气体被分成两股，一股（10%）经膨胀透平后进入低压精馏塔（以下称为上塔）中部，另一股进入高压精馏塔（以下称为下塔）的底部，与从下塔冷凝器流下的液氮进行传热传质，如图1所示。
由于在一样的压力下，氮气的沸点低，故在传热传质的进程中，老是氮气先蒸发，氧气冷凝。
因此从下往上，气体中的氮气纯度增加，液体中的氧气纯度增加，在下塔顶部气体中的氮气纯度达%（质量比），在下塔的底部，富氧液空中的氧气纯度达%（质量比）。
氮气在下塔的冷凝器中冷凝后，一部份通过过冷器，节流后输送到上塔作为上塔精馏段的回流液，另一部份在下塔回流。
下塔底部的富氧液空通过过冷器，节流后输送到上塔作为上塔的进料液。
从上塔顶部排出纯度为%的氮气，其依次通过过冷器、二级换热器和一级换热器。
从上塔底部排出纯度为%的液氧，其依次通过二级换热器和一级换热器。
对图1所示的空分系统，流程中各部件的操作条件及规定如下：
（1）压气机：
采用Compr模块，出口压力×105Pa，等熵效率。
（2）一级换热器：
采用MHeatX模块规定热流体的出口温度为K，各流体的压降为10kPa。
（3）二级换热器：
采用MHeatX模块规定热流体的出口温度为108K，各流体的压降为10kPa。
（4）过冷器：
采用MHeatX模块规定冷流体的出口温度为101K，各流体的压降为10kPa。
（5）下塔：
采用RadFrac模块，塔内操作压力为10×105Pa。
（6）上塔：
采用RadFrac模块，没有顶部冷凝器，塔内操作压力为×105Pa
对图1所示的空分系统，影响精馏效果的参数主要有下塔塔板级数、下塔回流比、下塔馏出液量、上塔塔板级数和上塔塔顶出料等。
图2表明，随着下塔塔板级数的增加，氧气和氮气的质量纯度都增加。
当塔板级数增加到9级时，氧气的纯度已大于%，氮气的纯度已大于%，而且塔板级数继续增加时，氧气和氮气纯度的增加已超级缓慢，所以取下塔塔板级数为9。
在精馏塔中，回流比将直接影响每一层塔板的分离能力。
增加回流比，在塔板级数必然的情形下，一方面可使产品的纯度增加，提高精馏的效果；另一方面，冷凝器和再沸器的热负荷也会随着回流比的增加而增加。
因此，应综合工艺和经济要求来选择适合的回流比。
图3表明，当下塔回流比增大到3时，继续增大回流比对精馏效果的影响已经不是很明显，因此，下塔回流比取3。
对图1所示的空分系统，下塔的馏出液节流后送往上塔作为上塔的回流液。
下塔的馏出液增加，则上塔的回流比就会增加，那么氧气产品和氮气产品的纯度就会增加。
图4表明，当下塔馏出液增大到45kg/s时，继续增大下塔馏出液对精馏效果的影响已经不是很明显，因此，下塔馏出液取45kg/s。
图5表明，随着上塔塔板级数的增加，氧气和氮气的质量纯度都增加。
当塔板级数增加到25级时，氧气的纯度已大于%，氮气的纯度已大于%，而且塔板级数继续增加时，氧气和氮气纯度的增加已超级缓慢，所以上塔塔板级数取25。
2.2.5上塔塔顶出料对精馏效果的影响。
图6表明，在进料量不变的情形下，随着上塔塔顶出料增加，大量再沸气体上升，而进料液中氮气的含量是固定不变的，这将致使塔顶氮气含量降低，在塔顶出料量为kg/s后急剧下降；与此同时，由于塔底出料减少，而进料液中氧气的含量也是固定不变的，使得塔底氧气含量增加，在塔顶出料量为kg/s后逐渐趋于平稳。
因此，取上塔塔顶出料量为kg/s。
3.碳分子筛变压吸附空气分离
碳分子筛变压吸附空气分离法是20世纪50年代末才开发成功的，由于其特有的灵活方便、投资少、能耗低的长处，最近几年来变压吸附空分富氧技术在中小规模富氧应用领域取得愈来愈多地应用。
碳分子筛上的空气分离是基于动力学分离的原理,利用混合物中不同组分的扩散、吸附速度差来实现的。
这里,吸附剂是变压吸附（PSA）技术的基础和核心,吸附剂的性能决定了整个吸附分离的工艺线路和操作条件,决定了分
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