工业制氧原理及流程Word文档下载推荐.docx

1、物理制氧1、空气冷冻分离法空气中的主要成分是氧气和氮气。利用氧气和氮气的沸点不同（氧气沸点为-183，氮气沸点为-196），从空气中制备氧气称空气分离法。首先把空气预冷、净化（去除空气中的少量水分、二氧化碳、乙炔、碳氢化合物等气体和灰尘等杂质）、然后进行压缩、冷却，使之成为液态空气。然后，利用氧和氮的沸点的不同，在精馏塔中把液态空气多次蒸发和冷凝，将氧气和氮气分离开来，得到纯氧（可以达到996的纯度）和纯氮（可以达到9的纯度）。如果增加一些附加装置，还可以提取出氩、氖、氦、氪、氙等在空气中含量极少的稀有惰性气体。由空气分离装置产出的氧气，经过压缩机的压缩，最后将压缩氧气装入高压钢瓶贮存，或通过

2、管道直接输送到工厂、车间使用。使用这种方法生产氧气，虽然需要大型的成套设备和严格的安全操作技术，但是产量高，每小时可以产出数干、万立方米的氧气，而且所耗用的原料仅仅是不用买、不用运、不用仓库储存的空气，所以从1903年研制出第一台深冷空分制氧机以来，这种制氧方法一直得到最广泛的应用。2、分子筛制氧法（吸附法）利用氮分子大于氧分子的特性，使用特制的分子筛把空气中的氧离分出来。首先，用压缩机迫使干燥的空气通过分子筛进入抽成真空的吸附器中，空气中的氮分子即被分子筛所吸附，氧气进入吸附器内，当吸附器内氧气达到一定量（压力达到一定程度）时，即可打开出氧阀门放出氧气。经过一段时间，分子筛吸附的氮逐渐增多，

3、吸附能力减弱，产出的氧气纯度下降，需要用真空泵抽出吸附在分子筛上面的氮，然后重复上述过程。这种制取氧的方法亦称吸附法。最近，利用吸附法制氧的小型制氧机已经开发出来，便于家庭使用。3、电解制氧法把水放入电解槽中，加入氢氧化钠或氢氧化钾以提高水的电解度，然后通入直流电，水就分解为氧气和氢气。每制取一立方米氧，同时获得两立方米氢。用电解法制取一立方米氧要耗电1215千瓦小时，与上述两种方法的耗电量（05560千瓦小时）相比，是很不经济的。所以，电解法不适用于大量制氧。另外同时产生的氢气如果没有妥善的方法收集，在空气中聚集起来，如与氧气混合，容易发生极其剧烈的爆炸。所以，电解法也不适用家庭制氧的方法。

4、化学制氧工业和医用氧气均购自制氧厂。工厂制氧的原料是空气，故价格非常便宜。但是，氧气的贮存（高压氧气用钢瓶、液氧要用特殊贮罐）、运输、使用不太方便。因此远离氧气厂的偏远山区运输困难，另外有些特殊环境如病人家中、高空飞行、水下航行的潜艇、潜水作业、矿井抢救等携带巨大笨重的钢瓶极为不便，小型钢瓶贮氧量小，使用时间短，因此就出现化学制氧法，在化合物中以无机过氧化物含氧量最多且易释放，目前化学制氧多采用过氧化物来制氧。对无机过氧化合物的科学研究开始于18世纪。1798年德国自然科学家洪堡（AlexandervonHumboldt）采用在高温中把氧化钡氧化的方法，制取了过氧化钡。1810年法国化学家盖一

5、吕萨克（JosephLouis GayLussac）和泰纳尔（LouisJacques Thenard）合作制取了过氧化钠和过氧化钾。18年泰纳尔又用酸处理过氧化钡，再经蒸馏发现了过氧化氢。200年来，化学家们不断地研究，发现大量无机过氧化合物。这些过氧化物，在遇热或遇水或遇其他化学试剂的时候，很容易析出氧气。常用的过氧化物有以下几种：液体过氧化物（液体产氧剂）双氧水双氧水的化学名称是过氧化氢（H2O2），为无色透明液体，有微弱的特殊臭氧味，是很不稳定的物质，在遇热、遇碱、混入杂质等许多情况下都会加速分解。温度每升高5，它的分解速度就要增加15倍。即便是稀释后浓度为35的双氧水，在pH值增加（

6、例如贮存在含碱玻璃瓶里）超过6个小时就要发生急剧分解。双氧水中混入少量杂质（如铁、铜、黄铜、青铜、铅、银、铬、锰等金属粉末或它们的盐类），即便在室温下，同样要引起急剧的分解，产生氧气。双氧水是过氧化物中最基本的物质，也是各国科学家最早认识的化学产氧剂。双氧水具有产氧量较大（30的稀释液中，有效氧含量为141）和成本较低的好处。但是，双氧水是强腐蚀剂，稍稍不慎便会造成人身伤害，而且在许多情况下还可引起爆炸或燃烧，无论在使用或贮存、运输中都属于危险品。比如：在常压下，双氧水的蒸汽浓度达到40%以上时，温度过高即有爆炸危险。双氧水与有机物混合，能生成敏感和强烈的高效炸药。双氧水与醇类、甘油等有机物混

7、合，就形成极危险的爆炸性混合物。双氧水是强烈氧化剂，对有机物、特别对纺织物和纸张有腐蚀性，与大多数可燃物接触都能自行燃烧。【制氧/制氮工艺流程】工艺流程供氮方式的选择高纯氮源从氮气质量上来讲，均可满足用气要求，但在氮气成本上差异较大，用气量愈大，差异愈显著。企业选择何种供氮方式，应在充分了解各供气方式特点的基础上，根据本企业的产品、生产工艺、生产规模、用气设备类型、数量、资金状况、发展规划等综合考虑供氮方式和供氮规模。1 NdFeB生产线NdFeB生产线主要用氮设备为“气流磨”，根据生产规模来决定“气流磨”的类型和数量，氮气用量就依此而定了下来，目前国内生产企业除极少数生产规模很小，而采用瓶装

8、氮外，其他各企业有的采用液氮，有的采用PSA现场制氮。2 MnZn铁氧体生产线2.1真空气氛炉以真空气氛炉为烧结设备的，因真空气氛炉是间歇式作业，一般以24h为一生产周期，单台用气量不大，且非连续均衡用气而是相对集中，短时内用气量较多，这类企业往往生产规模都不大，几乎全都采用瓶装氮气，使用灵活、方便。虽然氮气单价在各种供氮方式中是最高的，但因总用气量有限，故经济上尚能承受。2.2氮窑以氮窑为烧结设备的，因氮窑是连续作业的设备，用气量较多，而且从趋势来看，各企业新置氮窑正向长窑和长双板窑方向发展，单台用气量一般在3050Nm3h。氮窑的烧结的工艺特点决定了供气的连续性，氮气的高纯性，氮量的匹配性

9、和氮气纯度、流量、压力的稳定性和用氮气要低成本，这是氮窑供气的基本要求，显然使用瓶装氮气已不适宜。目前国内企业采用的供氮方式主要有两种，即液氮和现场制氮。液氮。使用液氮者，在企业建立之时，一般生产规模都不大，通常只有一两条窑，虽然知道现场制氮的成本最低，但由于资金或是考虑到以后的发展等原因，大都决定是先采用液氮，以后视企业情况而定。一旦企业扩能或资金情况允许，从降低生产成本着眼，大都会改用现场制氮方式，但企业若资金允许而近两年内又无扩能计划，笔者认为单台窑用气量超过30Nm3h，还是自购PSA制氮设备制氮为佳。因与使用液氮相比，30Nm3h制氮机组年氮费可节省约24万元，设备总投入在40万元左

10、右，一年半左右可收回设备投资，PSA制氮机寿命可达10年，10年内可省氮费200万元。现场制氮。自购设备现场制取高纯氮，虽然一次性投资较大，但运行成本较低（7元m3以内）。它与采用液氮相比，相同的用气量，每年节约的费用可在一年半以内收回设备全部投资。现场制氮的三种技术深冷空分制氮、PSA制氮和膜分离制氮各有特点，且在不同产氮量及氮气纯度范围各有优势，已有文章2专门对三者进行了投资价值分析，结论是氮气纯度为99以上，产氮量在500Nm3h以内，PSA制氮（加纯化）可以与深冷空分竞争。目前国内磁性材料（MnZn铁氧体）生产企业采用现场制氮又有两种方式即深冷空分制氮和PSA制氮（加纯化）。深冷空分制

11、氮。这类企业建立于90年代前，建立时就有相当规模，从经济角度来看不宜采用液氮，而当时深冷空分制氮又是国内唯一的工业化制氮技术，加之资金条件能允许，故采用了深冷空分制氮。限于当时的生产规模，制氮设备的产氮量均在200Nm3h以下。设备能耗高，故障率高，要定期大修。进入90年代中期，由于新的制氮技术PSA制氮在国内迅速发展和推广应用，它显示了许多独特的优点，故愈来愈受到中小型氮气用户的欢迎。PSA制氮。PSA制氮和氮气纯化相组合制取高纯氮采用的是下面的工艺流程和设备配置：液氮贮罐是任何磁性材料企业现场制氮都必须配备的，它的作用是在设备正常维护（如空压机换油和空气净化设备的滤芯清洗或更换）时的短时停

12、机或设备偶发故障的停机维修时保证供气的连续性的备用措施。此工艺制取的高纯氮气质量完全可与液氮相比。配备了液氮贮罐，用户已无供气的后顾之忧，实践也充分证明了这点。江阴市长江气体分离设备有限公司自1997年以来已有四套PSA高纯制氮机组一直在浙江、江西、山东等四家MnZn铁氧体生产企业使用，设备运行良好，技术成熟，质量稳定，完全可满足高档磁芯的生产要求；这四家企业中原有三家是使用液氮，一家是使用深冷空分，因故障频发，难以修复，而改用了长江制氮设备都取得了显著的效益。企业一旦决定采用现场制氮，应明确技术要求，对供应商进行考察和全面评估，择优而廉者选之。工艺流程压缩空气的用途以及原理经空气压缩机做机械

13、功使本身体积缩小、压力提高后的空气叫压缩空气。压缩空气是一种重要的动力源。与其它能源比，它具有下列明显的特点：清晰透明，输送方便，没有特殊的有害性能，没有起火危险，不怕超负荷，能在许多不利环境下工作，空气在地面上到处都有，取之不尽。缩空气是仅次于电力的第二大动力能源，又是具有多种用途的工艺气源，其应用范围遍及石油、化工、冶金、电力、机械、轻工、纺织、汽车制造、电子、食品、医药、生化、国防、科研等行业和部门。一、压缩空气的定义特点；1.经空气压缩机做机械功使本身体积缩小、压力提高后的空气叫压缩空气。2.缩空气是仅次于电力的第二大动力能源，又是具有多种用途的工艺气源，其应用范围遍及石油、化工、冶金

14、、电力、机械、轻工、纺织、汽车制造、电子、食品、医药、生化、国防、科研等行业和部门。二、压缩空气的作用1、而在粉末状香料的生产中，压缩空气有着特别重要的意义，它又必须是干燥、清洁且几近无菌的。这是对压缩空气处理的一个特别的挑战。2、气动压缩机，切纸机，挖掘机等等一系列动力机械3、空调制冷和加热离不开它4、各种轮胎获得了弹性5、注射器应用6、压缩空气作为能量载体7、空气悬架工作原理就是用空气压缩机形成压缩空气，并将压缩空气送到弹簧和减振器的空气室中，以此来改变车辆的高度。8、压缩空气自动排水器9、多功能组合式压缩空气净化器10、利用压缩空气使铝液发泡是当前最先进最廉价的大规模连续生产泡沫铝材的制

15、造技术。11、压缩空气净化冷干机、吸干机、精密过滤器、精密滤芯，气液分离器等一系列仪器设备12、下水道简易通堵设备13压缩空气一般是作为一种动力源，应用很广。驱动气缸，产生直线运动；驱动气动马达，产生旋转运动；驱动射流元件，进行运算和控制。利用其携带某些物质，完成工作。例如喷砂清理；喷药；喷水清洗；喷漆。利用其可压缩特性，起缓冲，弹簧作用。气体弹簧；缓冲垫等。14军事上的应用有一种鱼雷是由压缩空气为动力驱动的。除此还有气枪。还有美国早期的无人侦察机，其运算控制系统是由射流元件组成的，原因可能是当时计算机还不行或抗电磁干扰。海上作用：打捞沉船用的浮囊、浮箱，浅潜用气瓶。三、螺杆空压机的工作原理1

16、、螺杆式空气压缩机的概述螺杆式空气压缩机是喷油单级双螺杆压缩机，采用高效带轮（或轴器）传动，带动主机转动进行空气压缩，通过喷油对主机压缩腔进行冷却和润滑，压缩腔排出的空气和油混合气体经过粗、精两道分离，将压缩空气中的油分离出来，最后得到洁净的压缩空气。双螺杆空气压缩机具有优良的可靠性能，机组重量轻、震动小、噪声低、操作方便、易损件少、运行效率高是其最大的优点。2、压缩机主机工作原理螺杆式空气压缩机的核心部件是压缩机主机，是容积式压缩机中的一种，空气的压缩是靠装置于机壳内互相平行啮合的阴阳转子的齿槽之容积变化而达到。转子副在与它精密配合的机壳内转动使转子齿槽之间的气体不断地产生周期性的容积变化而

17、沿着转子轴线，由吸入侧推向排出侧,完成吸入、压缩、排气三个工作过程。因此，双螺杆转子的型线技术决定着螺杆式空气压缩机产品定位的档次。3、双螺杆空压机的工作流程空气通过进气过滤器将大气中的灰尘或杂质滤除后，由进气控制阀进入压缩机主机，在压缩过程中与喷入的冷却润滑油混合，经压缩后的混合气体从压缩腔排入油气分离罐，此时压缩排出的含油气体通过碰撞、拦截、重力作用，绝大部份的油介质被分离下来，然后进入油气精分离器进行二次分离，得到含油量很少的压缩空气，当空气被压缩到规定的压力值时，最小压力阀开启，排出压缩空气到冷却器进行冷却，最后送入使用系统。工艺流程工业冷水机组的冷却原理工业冷水机组系统的运作是通过三

18、个相互联系的系统：制冷剂循环系统、水循环系统、电器自控系统。制冷剂循环系统：蒸发器中的液态制冷剂吸收水中的热量并开始蒸发，最终制冷剂与水之间形成一定的温度差，液态制冷剂亦完全蒸发变为气态，后被压缩机吸入并压缩（压力和温度增加）,气态制冷剂通过冷凝器（风冷/水冷）吸收热量，凝结成液体。通过膨胀阀（或毛细管）节流后变成低温低压制冷剂进入蒸发器，完成制冷剂循环过程。水循环系统：水泵负责将水从水箱抽出泵到用户需冷却的设备，冷冻水将热量带走后温度升高，再回到冷冻水箱中。电器自控系统：包括电源部分和自动控制部分。电源部分是通过接触器，对压缩机、风扇、水泵等供应电源。自动控制部分包括温控器、压力保护、延时器

19、、继电器、过载保护等相互组合达到根椐水温自动启停，保护等功能。【制氧/制氮主要工艺设备介绍】制氧/制氨设备空气过滤器空气过滤器是指空气过滤装置，一般用于洁净车间，洁净厂房，实验室及洁净手术室。空气过滤器根据其工作原理可以分为初效过滤器，中效过滤器，高效过滤器及亚高效等型号。高效空气过滤器：适用于常温、常湿，允许含有微量酸、碱有机溶剂的空气过滤，该产品效率高，阻力低，容尘量大，广泛应用于航天、航空、电子、制药、生物工程等领域。可根据用户需求制作0.31m捕集效率99.999%的超高效过滤器；各种非标过滤器和亚高效过滤器（95%效率90%）。V型密褶式过滤器用于一般通风系统，具有过滤面积大，阻力低

20、，使用寿命长等特点。它可做为高效过滤器的预过滤器使用，从而有效延长高效过滤器的使用寿命。DC、DZ型粗中效袋式过滤器采用初、中效无纺布做滤料，冷板喷塑做框架，作为一、二级过滤，该产品具有容尘量大，阻力小及可清洗等优点，根据使用环境和选材不同，其过滤器效率等级分为F5、F6、7、8。制氧/制氮设备空分设备空分设备就是以空气为原料，通过压缩循环深度冷冻的方法把空气变成液态，再经过精馏而从液态空气中逐步分离生产出氧气、氮气及氩气等惰性气体的设备。目前我国生产的空分设备的形式、种类繁多。有生产气态氧、氮的装置，也有生产液态氧、氮的装置。但就基本流程而言，主要有四种，即高压、中压、高低压和全低压流程。我

21、国空分设备的生产规模已经从早期只能生产20m3/h（氧）的制氧机，发展到现在具有生产200m3/h、300 m3/h和500 m3/h（氧）的特大型空分设备的能力。空分设备的基本系统：空分设备从工艺流程来说可以分为5个基本系统：杂质的净化系统：主要是通过空气过滤器和分子筛吸收器等装置，净化空气中混有的机械杂质、水分、二氧化碳、乙炔等。空气冷却和液化系统：主要由空气压缩机、热交换器、膨胀机和空气节流阀等组成，起到使空气深度冷冻的作用。空气精馏系统：主要部件为精馏塔（上塔、下塔）、冷凝蒸发器、过冷器、液空和液氮节流阀。起到将空气中各种组分分离的作用加温吹除系统：用加温吹除的方法使净化系统再生。仪表

22、控制系统：通过各种仪表对整个工艺进行控制。制氧/制氮设备冷水机组由于空气压缩会产生热量，在对压缩空气进行进一步处理的前，需要通过冷水机组对压缩空气降温。冷水机组种类：溴化锂冷水机组、水冷式冷水机组、风冷式冷水机组。1、溴化锂冷水机组：A、直燃型吸收式冷（温）水机组B蒸汽型吸收式冷水机组C、温水型吸收式冷水机组2、水冷式冷水机组：A、离心式冷水机组B、螺杆式冷水机且C、螺杆式水-水热泵机组D、活塞式冷水机组3、风冷式冷水机组：A、活塞式冷水机组B、螺杆式冷水机组说明：风冷式-表示冷凝器的冷凝方式为风扇吹冷的。水冷式-表示冷凝器的冷凝方式为用水来冷却的。活塞式-压缩机为活塞式螺杆式-压缩机为螺杆式

23、制氧/制氮设备空气冷却器用空气冷却热流体的换热器。管内的热流体通过管壁和翅片与管外空气进行换热，所用的空气通常由通风机供给。空气冷却器可用于冷却或冷凝,广泛应用于:炼油、石油化工塔顶蒸气的冷凝；回流油、塔底油的冷却；各种反应生成物的冷却；循环气体的冷却和电站汽轮机排气的冷凝。工作压力可达69兆帕。但耗电量、噪声和占地面积均大，冷却效果受气候变化影响较大。结构空气冷却器主要由管束、通风机和构架3部分组成。管束包括传热管、管箱、侧梁和横梁等。它可按卧式、立式和斜顶式（人字式）3种基本形式布置。其中,卧式布置传热面积大,空气分布均匀，传热效果好；斜顶布置时,通风机安装在人字中央空间,占地面积小，结构

24、紧凑。为抵消空气侧的给热系数较低的影响，通常采用光管外壁装翅片的管子。翅片管作为传热管,可以扩大传热面积。翅片管分层排列,其两端用焊接或胀接方法连接在管箱上。排管一般为38排。管束系列尺寸最长达12米。光管外径常为25毫米和38毫米,翅片高度一般取1215毫米,管束宽为1003000毫米。翅片管是空气冷却器的核心元件，其形式和材料直接影响设备性能。管子可用碳钢、铜、铝和不锈钢等制成；翅片材料根据使用环境和制造工艺来确定，大多用工业纯铝，在防腐蚀要求很高或在制造工艺条件特殊的情况下也采用铜或不锈钢。翅片可按横向或纵向排列。翅片管的基本形式有：绕片式、镶片式、轧片式、套片式、焊片式、椭圆管式、紊流

25、式（包括轮辐式、开槽形和波纹形等）。管箱的结构主要有法兰式、管堵式和集合管式。一般前者用于中低压，后两者用于高压。为适应管束的热膨胀，一端管箱不固定，容许沿管长方向位移。通风机通常采用轴流通风机。通风方式通风有鼓风和引风两种方式。鼓风式：空气先流经通风机后流入管束。引风式：空气先流经管束后流入通风机。前者操作费用较经济，产生的湍流对传热有利，使用较多。后者气流分布均匀，有利于温度精确控制，噪声小，是发展的方向。热流体出口温度主要靠调节通过管束的风量来控制，即调节叶片的倾角、通风机转速和百叶窗的开启程度等。对冬季易凝、易冻的流体，可采用热风循环或蒸汽加热的办法调节流体出口温度。发展采用空气冷却器

26、可节省大量工业用水，减少污染，保护环境，降低基建费用。为扩大空气冷却器的使用范围,20世纪60年代出现了增湿式空气冷却器,即在管束前增加喷水装置，利用少量雾化水在翅片表面的蒸发作用显著地强化传热，其传热效能较干式提高24倍。增湿式空气冷却器已在炼油厂得到广泛应用。干式空冷管束和湿式空冷管束亦可组成联合型空气冷却器。研制低接触热阻和高传热效能的翅片管、低电耗、低噪声的通风机是空气冷却器发展的关键。制氧/制氮设备空气压缩机空气压缩机是气源装置中的主体，它是将原动机（通常是电动机）的机械能转换成气体压力能的装置，是压缩空气的气压发生装置。现在常用的空气压缩机有活塞式空气压缩机,螺杆式空气压缩机,（螺

27、杆空气压缩机又分为双螺杆空气压缩机和单螺杆空气压缩机）,离心式压缩机以及滑片式空气压缩机,涡旋式空气压缩机。1.空气压缩机的分类空气压缩机的种类很多，按工作原理可分为容积式压缩机,往复式压缩机,离心式压缩机,容积式压缩机的工作原理是压缩气体的体积，使单位体积内气体分子的密度增加以提高压缩空气的压力；离心式压缩机的工作原理是提高气体分子的运动速度，使气体分子具有的动能转化为气体的压力能，从而提高压缩空气的压力。往复式压缩机（也称活塞式压缩机）的工作原理是直接压缩气体,当气体达到一定压力后排出。2.活塞式空气压缩机的工作原理在气压传动中，通常采用容积型活塞式空气压缩机。这里介绍两种典型结构，用来帮助理解空气压缩机的工作原理。立式空气压缩机的气缸中心线与地面垂直，卧式空气压缩机的气缸中心线则与地面平行。原动机（电动机或内燃机）的回转运动经曲柄连杆机构转换为活塞的往复直线运动。空气压缩机中的进气、排气过程与液压泵的吸油、压油过程类似，这里不再赘述。3.空气压缩机