空氣分離過程分析總結

項目2：空氣分離方法選擇及過程分析

總結

任務2.1：選擇和分析空分方法

任務2.2：分析空分（深冷）設備及流程教師：劉春穎1(1)

深冷法(cryogenic)液化精餾（低溫法、深冷法）占整個制氧市場的85%；能耗大，設備復雜，廠用電耗率較高

(2)

變壓吸附法(PSA)（PressureSwingAdsorption）

產(chǎn)量和純度進一步提高時，能耗增大，且提取率降低

(3)膜分離法選擇性低，所得氧氣純度低，產(chǎn)量很小,產(chǎn)量大時膜貴工業(yè)生產(chǎn)中采用的空氣分離方法有三種：任務2.1：空分方法分析選擇2深冷法工藝有幾個工序？3工序分為：空氣凈化空氣液化空氣分離4⑴空氣凈化雜質(zhì)的種類：固體雜質(zhì)：灰------磨損壓縮機------過濾與水洗水、二氧化碳-------堵塞管路和設備------吸附法和凍結法碳氫化合物-------引起爆炸------吸附法5深度冷凍法（深冷法）：工業(yè)上將獲得-100℃以下溫度的方法；⑵空氣的液化獲得低溫：高壓氣體絕熱膨脹⑴節(jié)流膨脹（等焓膨脹、熵值增加）絕熱及對外不做功的條件下，高壓流體通過節(jié)流閥膨脹到低壓的過程；節(jié)流閥⑵等熵膨脹對外做功，絕熱可逆膨脹，制冷的重要方法之一。膨脹機氣體進行等熵膨脹時，溫度的降低要比節(jié)流膨脹大,而且能回收一部分壓縮功,所以比節(jié)流膨脹經(jīng)濟。6采用雙級精餾塔：（單級精餾分離空氣不能同時獲得純氧和純氮）組成：下塔：低溫空氣在下塔進行初步分離，獲得液氮和富氧液空；冷凝蒸發(fā)器：列管式換熱器，聯(lián)系上塔和下塔的換熱；上塔：富氧液空在上塔進一步分離，得到純氧和純氮；⑶空氣分離7◆裝置內(nèi)壓縮流程特點：用液體泵壓縮液態(tài)產(chǎn)品，再經(jīng)復熱、汽化后送到裝置外；◆裝置外壓縮流程特點：單獨設置產(chǎn)品氣體壓縮機，對裝置的工況沒有直接影響；低溫深冷法按產(chǎn)品的壓縮方式分兩類：8低溫深冷:繪圖：全低壓外壓縮流程

取氣氧外壓縮123459低溫深冷:繪圖：全低壓內(nèi)壓縮流程：

取氣氧內(nèi)壓縮1410任務2.2：空分（深冷）設備及流程分析

蒸汽膨脹機空壓機下塔上塔增效塔

主冷壓力氮氣送出再生高壓氧氣送出污氮氣去水冷塔粗氬氣低壓氮氣去水冷塔污氮氣去分子篩分子篩再生吸附過冷器高板水冷塔空氣節(jié)流閥來自管網(wǎng)回管網(wǎng)空冷塔低板氣液分離器KDON48000/80000型空分裝置簡易流程11KDON48000/80000型？12空氣透平壓縮機、膨脹機、空氣冷卻塔、水冷卻塔、分子篩吸附器、主熱交換器、液空液氮過冷器、雙級精餾塔、增效塔空冷塔水冷塔再生再生吸附增效塔

下塔上塔主冷空分設備介紹131.蒸汽透平壓縮機：作用：對氣體作功，提高能量、具備制冷能力；使用：通過葉輪對氣體做功，

驅(qū)動：驅(qū)動機可以是蒸汽輪機------“蒸汽透平驅(qū)動離心式壓縮機”。蒸汽透平驅(qū)動離心式壓縮機蒸汽空壓機14作用：把出空壓機的高溫氣體冷卻，吸收掉二氧化硫、氧氮化合物、氯化氫等；結構：立式圓筒型塔，上下段均為填料塔，塔頂設有分配器，不銹鋼絲捕霧器，以防止工藝空氣中游離水份帶出。使用：空氣則逆水而上與水進行熱質(zhì)交換，經(jīng)不銹鋼絲網(wǎng)捕霧器出塔，進入分子篩吸附系統(tǒng)。2.空冷塔空冷塔15作用：用空分塔來的污氮氣冷卻外界供水；結構：填料塔，頂設捕霧器和布水器；使用：被冷卻的水與污氮氣進行熱質(zhì)交換；3.水冷卻塔水冷塔16作用：吸附空氣中的水份、CO2、乙炔等碳氫化合物；結構：臥式圓筒體、內(nèi)設支承柵架、以承托分子篩吸附劑，雙層床結構，下層為活性氧化鋁，上層為分子篩；使用：空氣經(jīng)過分子篩床層時，將水份、CO2、乙炔等碳氫化合物吸附，凈化后的空氣CO2含量<1ppm；再生：兩只吸附器切換工作，當一臺吸附器工作時，另一臺吸附器則進行再生、冷吹備用。4.分子篩吸附器再生再生吸附17作用：進行多股流之間的熱交換，結構：為多層板翅式，相鄰通道間物流通過翅片進行良好的換熱組成：隔板、波形翅片、封條組成。使用：對經(jīng)分子篩吸附除去水和CO2的壓縮空氣進行冷卻，各返流氣（液）在此被加熱；5.主熱交換器（高壓板翅式換熱器、低壓板翅式換熱器）視頻圖片1819作用：膨脹過程中，有外功輸出，需要消耗能量，這些能量需要用補償，故氣體溫度必然降低。增壓透平膨脹機：膨脹機輸出功----驅(qū)動增壓機-----將入膨脹機前的氣體增壓6.膨脹機：膨脹機膨脹機進行絕熱膨脹產(chǎn)生空分裝置所需的冷量，與此同時產(chǎn)生的機械功又為增壓機所吸收20作用：分離膨脹降溫后空氣中的液體。7.氣液分離器：218.主冷（冷凝蒸發(fā)器）

作用：是氮氣冷凝和液氧蒸發(fā)用，以維持精餾過程的進行；液氧---吸收熱量-----氣氧，氣氮----放出熱量-----液氮。使用：置于上下塔之間，下塔上升的氮氣在其間被冷凝，而上塔回流的液氧在其間被蒸發(fā)。

該過程得以進行是因為氮氣壓力高，液氧壓力低，即可以進行氮氣的冷凝和液氧的蒸發(fā)。22作用：利用混合氣中各組分的沸點不同，將其分離成所要求純度的組分；下塔-------初步精餾；上塔------進一步精餾得到氧氣和氮氣；聯(lián)系紐帶---------主冷（冷凝蒸發(fā)器）；9.下塔和上塔結構：塔體為圓筒型，下塔為多層篩板篩板，上塔內(nèi)裝規(guī)整填料及液體分布器；下塔上塔主冷雙級精餾塔2310.液空液氮過冷器作用：對低溫液體進行過冷（下塔物料入上塔前需要回收上塔冷量，過冷）；下塔液體----節(jié)流后------壓力降低------飽和溫度降低-----液體部分氣化-----上塔的回流液減少結構：為多層板翅式，相鄰通道間物流通過翅片進行良好的換熱；24作用：去除氧氣中含有的氬氣，提純氧氣。11.增效塔增效塔

25作用：空氣在節(jié)流閥中（節(jié)流）膨脹，節(jié)流是高壓流體氣體在穩(wěn)定流動中，遇到縮口或調(diào)節(jié)閥門等阻力元件時由于局部阻力產(chǎn)生，壓力顯著下降的過程。12.節(jié)流閥：13.冷箱平常看到的只是一個巨大的長方形金屬“箱子”，是一組高效、絕熱保冷的低溫換熱設備。因為低溫極易散冷，要求極其嚴密的絕熱保冷，故用絕熱材料把換熱器\分離器\精餾塔等均包裝在一個箱形物內(nèi)，稱之為冷箱。26KDON48000/80000型空分裝置簡易流程

蒸汽膨脹機空壓機下塔上塔增效塔

主冷壓力氮氣送出再生高壓氧氣送出污氮氣去水冷塔粗氬氣低壓氮氣去水冷塔污氮氣去分子篩分子篩再生吸附過冷器高板水冷塔空氣節(jié)流閥來自管網(wǎng)回管網(wǎng)空冷塔低板氣液分離器27空氣在低壓主換熱器中與返流氣體(純氮氣、壓力氮氣、污氮等)換熱、節(jié)流制冷后達到接近空氣液化溫度約-173℃后進入下塔進行精餾。空氣液化特別分析：空氣經(jīng)凈化后分兩路：第一路：低壓主換熱器下塔冷量從哪里來？28第二路：空氣壓縮機1段空氣壓縮機的Ⅱ膨脹機驅(qū)動的增壓機膨脹機氣液分離器下塔粗氬冷凝器高壓板翅式換熱器高壓板翅式換熱器節(jié)流閥下塔分為兩部分1229第二路：空氣進入增壓空氣壓縮機1段進行增壓，壓縮后的這部分空氣又分為二部分：①相當于膨脹空氣的這部分空氣從增壓空氣壓縮機的Ⅰ段抽出，經(jīng)膨脹機驅(qū)動的增壓機，消耗掉由膨脹機輸出的能量，使空氣的壓力得以進一步提高，增壓后進入高壓主換熱器。在高壓主換熱器內(nèi)被返流