大型空分设备常见问题

空分设备中精馏的定义

2020.11.11

精馏是利用两种物质不同的沸点，多次地进行混合蒸汽的部分冷凝和混合液体的部分蒸发，以达到气体分离。对两种不同沸点的物质组成的混合液体，在吸收热量部分蒸发时，易挥发组分较多地蒸发，而混合蒸汽在放出热量而部分冷凝时，难挥发组分将较多地冷凝，如果将温度较高的饱和蒸汽与温度较低的饱和液体进行混合接触，蒸汽将放出热量部分冷凝，液体吸收热量将部分蒸发。如果进行了一轮部分蒸发和部分冷凝后，浓度较高的蒸汽和液体再分别与温度不同的蒸汽和液体进行接触，将再次发生部分冷凝和部分蒸发，这样的过程进行多次，较终达到气体分离，整个过程称之为精馏。

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空分设备中的单级精馏塔和双级精馏塔

2020.11.11

在空分精馏塔中，通常是在下塔将空气预分离，精馏成富氧液空和纯氮，然后在上塔进一步精馏，得到氧氮产品。作为连接上下塔的冷凝蒸发器，利用下塔的压力氮来加热上塔的液氧，将液氧蒸发的同时，气氮被冷凝。采用双级精馏塔能使氧氮产品取得较高的提取率和较高的纯度。而单级精馏塔只能取得单一品种的气体，不能同时取得多种产品气体，单级精馏塔的工作原理近似与双级精馏塔的下塔，富氧液空在塔底，在塔顶可得到纯氮气体。单级精馏塔不能完善地分离空气，实际采用较少，但因其结构简单，有时也被用于制取单种产品的小型空分设备中。

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变压吸附空分设备制氧简介

2020.11.06

空气中的主要成分是氮气和氧气。通过选择对氮和氧具有不同吸附选择性的吸附剂，并设计适当的工艺，便能将氮和氧分离。氮原子和氧原子都具有电四极矩，但氮原子的电四极矩比氧原子要大很多，所以氮在沸石分子筛上的吸附能力强于氧。因此，当空气在压力下通过分子筛吸附床时，氮被分子筛吸附。由于氧气吸附较少，因此氧在气相中富集同时从吸附床中流出，从而氧氮分离获得氧气。在分子筛对氮的吸附趋于饱和时，停止气流流入并使压力下降，分子筛吸附的氮可以被解吸，分子筛得以再生和再利用。两个或多个吸附床交替轮流工作以连续产生氧气。从上述原理可知，变压吸附空气分离制氧设备的吸附床必须至少包括两个操作步骤：吸附和解吸。因此，当只有一个吸附床时，产物氧的可用性是不连续的。为了连续获得产物气，通常在制氧机中通常安装两个以上的吸附床，并且从节能降耗和稳定运行的角度出发，还提供了一些必要的辅助步骤。每个吸附床通常经历吸附、正向减压、抽空或减压再生、冲洗置换、压力均衡和增压的步骤，并且该操作周期性地重复。同时，每个吸附床处于不同的操作步骤。在计算机的控制下，有规律地切换吸附床，使多个吸附床协调运行，并按时间步长错开，使变压吸附装置能够平稳运行并连续获得产物气。

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空分设备中上塔、下塔结构与工作流程

2020.11.06

上塔、下塔均属于精馏塔，是较核心的空气分离设备。塔式设备的类型可根据内部零件进行划分为筛板塔、泡罩塔、填料塔。筛板结构简单、易于制造、塔板效率高，因此在空分精馏塔中得到了广泛的应用。概括来讲上塔、下塔（精馏塔）是利用混合气体中各组分具有不同沸点的原理，将各组分进行分离的设备。具体结构如下：通常塔体为圆柱形，下塔在多层筛板上装有溢流料斗，并且溢出停止。上塔装有规整填料和液体分配器。在下塔的精馏过程中，液体从上到下流过每个筛板。由于溢流堰的作用，塔板会造成一定程度的液面高度，当气体从底部到顶部通过筛板的小孔时与液体接触，产生气泡，这增加了气液接触面积，并使热量交换过程得以有效进行。高沸点成分逐渐液化，低沸点成分逐渐蒸发到达塔顶，得到低沸点纯氮气，塔底得到高沸点富氧液态空气成分。在上塔精馏过程中，气体沿着填料塔板上升通道通过分配器。液体通过部水器从上到下均匀分布在填料盘上。填料表面上的气体和液体完全接触，以进行有效的热量交换。上升气体中的低沸点氧含量连续增加，高沸点组份氧被大量地洗涤下来形成回流液，较后在塔的顶部得到低沸点的纯氮气，在塔的底部得到高沸点的液氧。

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冷凝蒸发器在空分设备分馏塔中的作用

2020.11.04

在分馏塔内，氧、氮的分离是通过在上下塔内实现双级精馏的过程来实现的，精馏过程必须具有上升空气和下流液体，而冷凝蒸发器的主要作用就是将上塔底部回流下来的液氧和下塔顶部上升的氮气进行热交换。冷凝蒸发器是空分精馏系统必不可缺的重要换热设备，从某种意思上说，冷凝蒸发器是连接上塔和下塔的纽带。冷凝蒸发器也称“主冷”，在冷凝蒸发器中，上塔回流的液氧因吸收热量而蒸发气氧；下塔上升的氮气因放出热量而冷凝为液氮。气氧的一部分作为产品送出塔外，剩余的大部分送入上塔，作为精馏的上升蒸汽，而液氮一部分直接作为下塔的回流液，另一部分经节流降压后送至上塔顶部，作为上塔的回流液直接参与空分设备精馏过程。

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空分设备冷凝蒸发器的结构型式和特点

2020.11.04

现阶段国内空分设备中，常见的冷凝蒸发器的结构型式主要有板翅式冷凝蒸发器和管式冷凝蒸发器2种型式。管式冷凝蒸发器分长管、短管和盘管三种型式。长管和短管式都采用列管型式，管子材质采用紫铜，管板材质采用黄铜。一般用于中小型空分设备。盘管式一般用于辅助冷凝蒸发器。由于盘管中无固定液面，传热系数较小已逐渐被淘汰。板翅式冷凝蒸发器材质采用全铝结构，板式单元采用立式星型布置，其特点是结构紧凑、重量轻、体积小、易于制造。被大中型空分设备广泛应用。由于空分设备的逐渐大型化，冷凝蒸发器的换热面积也随之增大，管式冷凝蒸发器已完全被板式换热器所替代。

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氧氮空分装置经典工艺说明

2020.10.30

净化后的空气进入分馏塔，并通过主热交换器与回流的污染氮，氧和氮进行热交换。冷却后，将其一小部分液化，将气液混合空气节流至0.55 MPa的压力。塔经过精馏，在下部塔的顶部获得99.999％的纯氮，然后进入主冷却塔，并通过上部塔的液氧蒸发被冷凝成液氮。一部分液氮作为回流液返回下部塔，冷却后将剩余的液态氮节流。进入上部塔顶部的喷雾器。底部釜液是含有38％氧气的液态空气。通过液空过冷器后，进入上塔中部参与精馏。同时，肮脏的液氮流从下部塔的中间抽出，然后作为回流液体进入上部塔。从主热交换器中间抽出的一部分空气进入涡轮膨胀机进行绝热膨胀，从而产生设备运行所需的大部分冷量。膨胀后的空气通过热虹吸热交换器消除部分过热，然后进入上塔的中部参与精馏。处于不同状态的四种流体进入上塔并再次分离，在上塔的顶部高纯氮气。液氮过冷器和主热交换器从分馏塔再加热到9℃左右后，上部塔底部的液氧吸收了主冷却过程中下部塔氮冷凝产生的热量蒸发。其中，主换热器将纯度为99.6％的氧气再加热至9℃左右。从分馏塔出来，其余部分用作上升蒸汽参与精馏。上部塔的上部仍然有含污氮气通过液态空气过冷器抽出，由主热交换器再加热后从分馏塔中排出。再生分子筛吸附器后对净化系统进行排气。从主冷却器底部将液氧抽取到氧液体量筒，分离蒸汽和液体并在量筒装满后迅速填充氧气低温液储罐。制备液氮时，将液氮过冷器中的液氮注入氮气液量筒后将量筒快速注入氮气低温液体储罐中。蒸发后它为用户提供气态氮产品。合格的氧气离开分馏塔后，通过压缩氧气系统对其加压以供使用。

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通过精馏分离空气的简要原理

2020.10.30

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。

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空分设备换热器是怎样实现冷热传递的

2020.10.28

温差是热量传递的动力，两种物资只要存在温差，就会自发地进行冷热传递，热量总是从温度较高的流体传向温度较低的流体。

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空分设备中换热器的结构形式和种类有哪些

2020.10.28

在低温法空气分离设备中，为了能使空气温度降低，在空分各系统中，需要各种换热设备进行冷热交换，例如：氮水预冷器、切换式换热器、主换热器、冷凝蒸发器、过冷器、液化器、汽化器、电加热器等等。这些换热设备配置在空分设备的各系统，是空分设备实现空气液化、气体分离所必须的重要设备。

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空分设备水冷塔的结构形式

2020.10.21

在空分设备中，水冷塔是利用污氮气将冷却空气后出空冷塔的冷却水的温度降低，以供空冷塔循环使用的混合型换热设备。在水冷塔中，来自可逆式换热器（或蓄冷器中）的污氮气为27-28℃、相对湿度为30%左右，而来自空冷塔的冷却水温度为35-45℃，污氮气遇到喷淋的热水吸收热量，从而使水温降低。水冷塔的结构形式一般选用填料塔、旋流板塔、筛板塔等形式。

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空分设备空冷塔的结构形式

2020.10.21

在空分设备中，空冷塔的作用是降低经过空压机压缩的空气温度。空冷塔是一种混合型换热设备，为了增大传热面积，使冷却水与空气充分接触完全混合以增强传热效果，空冷塔通常采用填料塔、筛板塔或空心喷淋塔等几种结构形式。

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