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1、空分基本概念与流程组织目 录目 录1第一章 空分的基本概念与流程组织2第一节 空气分离设备的基本术语2第二节 空分生产基础知识与流程组织4第三节 我公司空分装置主要工艺参数及流程10第二章 空气的净化16第一节 概述16第二节 固体杂质的清除17第三节 空气的纯化18第三章 空气预冷却系统23第一节 预冷流程及原理23第二节 空气冷却塔及水冷却塔的结构特点及其功能24第四章 精馏与换热29第一节 精馏塔29第二节 铝板翅式换热器34第五章 空分机器与操作42第一节 离心式压缩机42第二节 汽轮机结构原理与操作47第三节 汽轮机、压缩机组常见故障分析53第四节 透平膨胀机60第六章 空分设备操作
2、及维护64第七章 低温液体贮槽69第一节 低温液体贮槽的结构及功能69第二节 低温液体贮槽的操作70第八章阀门的基础知识73第一节 概 论73第二节 常用阀门简介74第三节 阀门的使用及维护75第九章 空分技术问答77第十章 空分装置安全规程85第一节 安全注意事项85第二节 安全措施86第三节 空分事故案例87第一章 空分的基本概念与流程组织第一节 空气分离设备的基本术语在学习空分设备基本知识之前，我们先来了解空分设备上使用的一些术语。一、空气分离设备基本术语1.空气 存在于地球表面的气体混合物。接近于地面的空气在标准状态下的密度为1.29kg/ m3。主要成分是氧、氮和氩；以体积含量计，氧
3、约占20.95%，氮约占78.09%，氩约占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，以及灰尘等。表1.空气组成及特性 1个大气压下的沸点1个大气压下的汽化点空气中的组分三相点临界点单位体积重量分子量温度压力温度压力气液单位Kcal/kgvolmm/HgMpaAKg/Nm30 0.1MpaKg/l0.1MPa1氧O2-183.050.920.948%-218.812.0-118.84.971.4291.14032氮N2-195.847.678.086%-210.094.6-147.13.351.2500.80
4、828氩Ar-185.738.90.932%-189.4512.2-122.50.481.7341.40240氪Ke-153.225.81.1ppm-158.2550.0-63.85.423.7432.15583.7氙Xe-108.123.00.09ppm-111.8612.016.65.825.8963.063131.3氦He-268.95.75ppm/-2680.230.1780.1254氖Ne-246.120.818ppm-248.6325.0-228.82.690.9001.20420.2CO2/400ppm-56.60.5131.37.291.9771.17844空气-191.549
5、.1/-140.73.721.2930.99528.92氧气 分子式O2，分子量31.9988（按1979年国际原子量），无色、无臭的气体。在标准状态下的密度为1.429kg/m3，熔点为54.75K,在101.325kPa压力下的沸点为90.17K。化学性质极活泼，是强氧化剂。不能燃烧，能助燃。3.氮气 分子式N2，分子量28.0134（按1979年国际原子量），无色、无臭、的惰性气体。在标准状态下的密度为1.251kg/m3,熔点为63.29K,在101.325kPa压力下的沸点为77.35K。化学性质不活泼，不能燃烧，是一种窒息性气体。4.纯氮 用空气分离设备制取的氮气，其氮含量大于或等
6、于99.995%（体积比）。5.液氧（液态氧） 液体状态的氧，为天蓝色、透明、易流动的液体。在101.325kPa压力下的沸点为90.17K，密度为1140kg/m3。可采用低温法空气分离设备制取液态或用气态氧液化制取。6.液氮（液态氮） 液体状态的氮，为透明、易流动的液体。在101.325kPa压力下的沸点为77.35K，密度为810kg/m3。可采用低温法空气分离设备制取液态氮或用气态氮液化制取。7.液空（液态空气） 液体状态的空气，为浅蓝色、易流动的液体。在101.325kPa压力下的沸点为78.8K，密度为873kg/m3。液空是空气分离过程中的中间产物。8.富氧液空 指氧含量超过的2
7、0.95%（体积比）的液态空气。9.馏分液氮（污液氮） 在下塔合适位置抽出的、氮含量一般为95%96%（体积比）的液体。10.污氮 在上塔上部抽出的、氮含量一般为95%96%（体积比）的气体。11.标准状态 指温度为0、压力为101.325kPa时的气体状态。12.空气分离 从空气中分离其组分以制取氧、氮和提取氩、氖、氦、氪、氙等气体的过程。13.节流效应（焦耳汤姆逊效应） 气体膨胀不作功产生的温度变化。14.等熵膨胀效应 气体在等熵膨胀时，由于压力变化产生的温度变化。15.液汽比（回流比） 在精馏塔中下流液体量与上升蒸汽量之比。16.液泛 在精馏塔中上升蒸汽速度过高，阻止了液体正常往下溢流的
8、工况。17.漏液 在筛孔板精馏塔中因上升蒸汽速度过低，使液体从筛孔泄漏的工况。18.提取率 产品气体组分的总含量与加工空气中该组分的总含量之比。19.单位能耗指空气分离设备生产单位产品气体所消耗的电能。第二节 空分生产基础知识与流程组织1.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.
9、3.1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。吸附法的特点：流程简单，常温运行，设备便易，投资少；全自动控制，制氧快速，能耗低，生产1m3氧气的能耗只有0.4KWH；产品单一，不能同时生产氧和氮；纯度低，氧纯度只有90%93%；分子筛体积大，不适合大型化生产，一般用在小于4000m3/h氧气的场合；分子筛切换时间太短（两分钟），系统容易出故障，不适合连续运转。1.3.2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。膜分离法的特点：产品纯度低，氧纯度只有4050%；可以生产高纯度的氮气；装置简单，操
10、作方便；运动元件及易损件少，运行较平衡；分离膜易堵塞；分离膜制造困难，价格高；不适合大型化生产。1.3.3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。低温精馏法是利用多组分构成的液体介质，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。低温精馏法的特点：产量大：目前国内最大的制氧机的制氧能力为90000m3/h，国外最大的制氧机在巴西，制氧能力为120000m3/h。 氧气和氮气纯度高：氧气的纯度可达99.6%以上，氮气纯度可达99.999%；电耗低；适宜大规模生产；可以同时生产氩气等稀
11、有气体。2.低温空气分离的原理2.1.O2、N2、Ar的沸点沸点：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） 结论：氧气沸点比氮气高，所以当加热液态空气时，液态空气中的液氮先蒸发！ 结论：加热液体空气时，液态空气中的含氧量增加！随着温度的升高，液空中的氮气蒸发的多，液相中的氧含量逐渐上升，气相中的氮含量逐渐下降。到 -191，此时的液相氧浓度为53%，气相氮浓度为：78%；但到此温
12、度时，液空即将蒸发完！这也是为什么不能用简单的蒸发而取得纯氧的原因！空分的纯氧是采用多级精馏取得的。2.2.空气分离原理 2.3空分的流程从以上的空气分离原理得知：空气分离的一个必要条件是要有液空！大家知道：气体在高压、低温下易液化！精馏需要：高压！低温！提高压力的设备 压缩机及增压机产生低温（冷量）的设备-膨胀机空分的基本流程（方框图）压缩预冷净化膨胀制冷O氧气2N2Ar提高气体压力降低空气温度，除去水分、二氧化碳等碳氢化合物制冷，为产生液空做准备精 馏+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+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、其他碳氢化合物膨胀制冷单元膨胀机输出功W能量（温度）一定的空气Q1空气能量（温度）降低为Q2=W T2T1 主要设备 -膨胀机 空分中冷量的主要来源 膨胀机的制冷原理： 膨胀机的制冷原理：精馏单元+上塔下塔换热器+泵及阀门+精馏产生液氧
