空分的基本知识.docx

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空分的基本知识

空分的基本知识

1.1.什么是空分

空分就是空气分离的简称。

1.2空分的原料：

空气

空气的成分：

主要成分是O2、N2和Ar；

体积比：

O2：

N2：

Ar=20.95%：

78.09%：

0.932%；

此外还含有微量的氢及氖、氦、氪、氙等稀有气体；

根据地区条件不同，还含有不定量的二氧化碳、水蒸气及乙炔等碳氢化合物。

1.3空气分离的方法：

吸附法、膜分离法、低温精馏法。

1吸附法

让空气通过分子筛吸附塔，利用吸附塔中特殊的分子筛对空气中的氧、氮组分选择性吸附而使空气分离获得氧气。

2.膜分离法

利用有机聚合膜的选择渗透性，从气体混合物中将氧、氮分离，获得富氧气体。

3.低温精馏法：

我们公司采用的是低温精馏法，因为前二者不能同时产出大量的高质量的气体。

只有低温精馏法能够满足大批量高纯度的生产需要。

低温精馏法他是利用多组分构成的液体介质里，各组分沸点的不同，进行多次部分冷凝和多次部分蒸发，从而逐步达到分离的目的。

沸点：

在一定压力下，液体温度达到沸腾时的温度。

压力越高，沸点越高；压力越低，沸点越低。

1）O2沸点：

-183℃（90K）

2）N2沸点：

-196℃（77K）

3）Ar沸点：

-186℃（87K）

4）液空的沸点：

-191℃（82K）

5）液空的冷凝点：

-194℃（79K）

空分主要分为下面几个系统；

+

预冷净化单元

水

冷

塔

空

冷

塔

分子筛纯化器

+

用空分产出的污氮气制取冷冻水

用冷冻水冷却空压机出口气体温度

温度降低后的原料空气进分子筛，以除去其

中的H2O、CO2乙炔、

其他碳氢化合物

空气预冷系统

目的；空气预冷系统是串接于空气压缩机系统和分子筛吸附系统之间，旨在降低进分子筛纯化器的空气温度，来减少空气的含水量，

并通过水洗涤除去大部分水溶性有害物质，起的冷却，洗涤，净化作用以保证分子筛纯化器的安全工作。

主要设备由空冷塔，水冷塔，和四水泵组成；

空冷塔的流程；

压缩空气从空冷塔下部由下至上穿过空冷塔与至上而下的常温水，冷冻水逆流接触，进行热质交换冷却空气。

空冷塔原理；对于空冷塔，当进塔的热空气为不饱和状态，进塔水温低于进塔空气的露点时，经过塔内的气液逆流接触，空气为减湿降温过程，传热方向都是由空气传给水；而水的出塔温度将可能高于进塔空气露点时，塔底的传质是由水传给空气，而塔顶的传质是由空气传给水，故在全塔内传质方向是不同的。

在改变传质方向的塔截面处，水温将等于空气露点。

；

水冷塔的流程；

污氮气从塔下部进与从顶部下流的常温水充分接触进行热质交换，降低水温，

水冷塔的原理

由于污氮气对应当地温度是不饱和的，所有有一部分蒸发成水蒸气进入污氮中，水蒸发时吸收了大量潜热，使得水得到冷却，潜能汽化作用

净化系统，

1空气过滤目的。

空气中含有灰尘等机械杂质，其含量在0.005—0.01克/米3之间变动。

如果空气压缩机直接吸入空气，机械杂质就会损坏空气压缩机叶片、气缸，也能造成设备、阀门、管线的阻塞，因此在空压机的入口管道上设置空气过滤器、清除机械杂质

1）构成：

自洁式过滤器由高效过滤筒、文氏管、自洁专用喷头、反吹系统、控制系统、净气室和出风口、框架等组成。

2）过滤过程：

在压缩机吸气负压作用下，吸入周围的环境空气。

当空气穿过高效过滤筒时，粉尘由于重力、静电和接触等阻留在滤筒外表面，净化空气进入净气室，然后经出风管出。

3）自洁过程：

当电脑发出指令，电磁阀启动并驱动隔膜阀，瞬间释放一股压力为0.4～0.6Mpa的脉冲气流经专用喷头整流喷出，文氏管卷吸、密封、膨胀从滤筒内部均匀地外冲击，将积聚在滤筒外表面的粉尘吹落，自洁过程完成。

2.空气纯化系统。

目的；为实现深冷法分离空气，空气液化前如不除去空气中的水分、二氧化碳和乙炔等杂质，将会造成主换热器通道和精馏塔板堵塞，影响系统稳定和安全运行。

LMS930

原理；空气纯化是利用沸石分子筛的选择吸附特性，按照变温变压（TSA、PSA）吸附原理，吸附空气中水蒸气，二氧化碳，乙炔等有害成分。

分子筛纯化系统由两只内装吸附剂（13X和Al2O3）的两只吸附器以及切换阀门管道系统构成。

来自预冷系统的含湿饱和空气首先自下而上流经其中一只吸附器，在加压条件下空气中的水分、二氧化碳、乙炔等被分子筛吸附，由于分子筛的用量一定，因此在一定时间内，分子筛的吸附容量将达到饱和，即吸附床层穿透，分子筛无继续吸附能力。

此时，通过手动或自动切换阀门的开关顺序，空气转而进入另一只吸附器继续吸附，原先吸附饱和的吸附器，首先向大气泄压至常压再引入被加热到150℃～180℃左右的污氮气以与吸附工况相反的气体流向对吸附器床层加热。

原先被吸附分子筛吸附剂颗粒内部的吸附质由于温度升高而解吸出来，在热流气体的推动下被解吸出来的水蒸气、二氧化碳、乙炔等被赶出吸附床外。

由于此时吸附剂床层的温度很高，不适合下个循环周期吸附，因此在完成加热时间后，须引入未经加热的空气或污氮气体对吸附床层进行吹冷，使吸附剂床层的温度降低到接近吸附时的温度。

至此，吸附器的再生工况完成，准备下次吸附。

两只吸附器就是如此交替轮流吸附和再生工况，从而实现空气的连续净化。

分子筛故障会引起

1.二氧化碳含量超标

2．水分含量高

主换热系统

系统换热器主要包括：

主换热器、主冷凝蒸发器（简称主冷）、过冷器、

主换热器；

位于冷箱中介质的出（产品介质）入（空气）口，对出冷箱的介质进行冷量回收，回收冷量冷却空气进下塔和冷却增压空气进膨胀机。

过冷器；用上塔的污氮气过冷从下塔进入上塔的液空、液氮（污液氮），降低节流后的汽化率。

液空过冷和液氮过冷一般在结构上作为一个整体，分上、下段。

主冷凝蒸发器:

主冷位于上、下塔之间，为浸浴式换热器。

下塔顶的饱和氮气经过主冷被液氧液化返流作下塔精馏回流液；上塔底液氧被氮气加热沸腾蒸发汽化向上作上塔精馏的上升汽。

所以说主冷是联接上下塔的钮带。

膨胀制冷系统

目的；透平膨胀机提供了低温装置所需的主要冷量，为了维持装置的冷量平衡及适应装置工况的改变，

原理；增压空气通过喷嘴时，由于减压膨胀而使焓值降低，即使压力、温度下降，这些焓降转变成气流的动能，使在喷嘴出口处气流获得巨大的速度，高速气体的动能，通过工作轮转化为机械能并由主轴外输出做功，以降低内能使温度进一步降低。

输出的机械能带动增压机提高压力，以满足膨胀端膨胀压力的需要。

精馏系统；

精馏的原理；通过对两种沸点不同的物质多次的进行混合蒸气部分冷凝与蒸发。

在吸收热量而部分蒸发时，易挥发组分氮将较多地蒸发，而混合蒸气在放出热量而部分冷凝时，难挥发组分氧较多地冷凝，进行这样多次的冷凝与蒸发过程，最终达到氧氮分离的目的。

精馏塔结构；

精馏塔一般采用双级精馏塔，分为上塔，浴式主冷凝蒸发器，下塔

冷凝蒸发器；在精馏系统中是提供冷量或热量，即在精馏塔顶部提供回流液，精馏塔底部提供上升气的设备

低温液体贮槽系统

空分机组系统

+

压缩机单元

过

滤

器

空压机

汽

轮

机

增

压

机

过滤大气中的固体杂质

初步提高原料空气压力

为空压机增压机提供驱动力

进一步提高原料空气压力

+

+

一、我公司空分装置主要产品规格

GOX90000Nm3/h空分装置（单套、考核工况）

产品名称

产量（Nm3/h）

纯度（vol）

使用

方式

压力

MPa（G）

温度

（℃）

备注

氧气I

88,000

≥99.6%O2

连续

8.5

◆常温

液氧泵内压缩

氧气II

600

≥99.6%O2

0.5

环境

从8.5Mpa减压

液氧

800

≥99.6%O2

入贮槽

氮气Ⅰ

15,000

≤10ppmO2

连续

0.4

环境

常温

压力塔抽压力氮气

氮气II

2,700

≤10ppmO2

连续

6.0

环境

温

后备系统直接抽取

液氮

1000

≤10ppmO2

连续

入贮槽

常温

仪表空气

8,000

无尘无油，露点<40℃

间断

0.7

常温

常温

增压机一级直接抽取

工厂空气

5000

同上

连续

0.45

常温

常温

从分子筛后抽出

注：

1所有产量单位Nm3/h，是在0℃和0.1013MPa（A）条件下测得体积流量，

2以上测量为在冷箱出开口处测量

3成套装置的变负荷能力范围75％—105％

．GOX90000Nm3/h空分装置主要技术数据；

1.空压机排气量约456900Nm3/h

负荷范围75-105％

相对湿度70%

进口压力约0.088MPa（A）

出口压力约0.624MPa（A）

冷却水进口温度≤32℃

冷却水回水温度42℃

2.增压空气压缩机

增压机一段吸入量约（248562Nm3/h）

吸入压力约0.605MPa（A）

排气压力3.0MPa（A）

注：

其中所需0.7MPaG的仪表空气8000Nm3/h是从增压机一段1级后抽取

二段吸入量约102760Nm3/h

吸入压力约3.0MPa（A）

排气压力7.3MPa（A）

3.蒸汽透平驱动系统

一台蒸汽透平机——进口，单缸，多级式，水平剖分式机箱，整体式锻制转子，双出轴，用于驱动原料空气压缩机和增压空气压缩机。

辅机为手动盘车，空冷器凝汽系统等。

进汽压力8.9-9.2MPa（G）

进汽温度510-530℃

蒸汽消耗208000kg/h

4.膨胀机技术参数

1.增压端：

工质：

空气

气量：

Nm3/h（℃，0.101325MPa）137402

进口压力：

MPa（A）2.998

出口压力：

MPa（A）4.298

2.膨胀端:

工质：

空气

气量：

Nm3/h（℃，0.101325MPa）137002

进口压力：

MPa（A）4.283

出口压力：

MPa（A）0.58

绝热效率：

≥86%

低温装置中，原料气内一般都含有杂质，这些杂质必须尽可能地除去。

净除杂质的目的是：

（a）防止杂质在局部地区冻结，致使设备、管路堵塞，装置不能正常运行；（b）除去危险的爆炸物；（c）提高原料气的纯度；（d）防止杂质腐蚀设备。

因此，气体的净化设备是低温装置内不可缺少的一个组成部分。