空气主要由78.03%的氮气和20.93%的氧气及其他气体组成。空气分离是首先将空气冷却到一定的低温并将其液化为液态空气。重复使用氧和氮沸点不同的两种液体(在大气压下,氧的沸点为-183.98°C,而氮的沸点为-195.8°C),并在配有筛板的空气分馏塔内进行分离。空气分离塔也称为精馏塔。空气精馏塔通常可分为单级精馏塔和双级精馏塔,而单级精馏塔只能生产一种纯产物。常用的空气分离装置使用两级精馏塔来生产高纯度的氮气和氧气。
所谓的精馏是同时多次使用部分蒸发和部分冷凝的过程。经过压缩和冷却的液态空气进入精馏塔后,塔中的气化空气从下到上穿过每个塔板,并与塔板上的液体接触,因此气体中的氧气逐渐冷凝成液体。液体蒸发成气体。每次通过塔板时,气体中的氮浓度都会增加一次。这样,它会穿过多个塔板(只要有足够的塔板数量),它将位于塔架的上部。获得纯度为99.99%或更高的高纯度氮气,并在塔的底部获得具有更高氧气纯度(30-38%)的液体,这被称为富氧空气。富氧空气通过精馏塔,在上塔的底部,可获得纯度为99.2-99.8%的氧气。