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1、绪论一、空气分离的几种方法1、低温法（经典，传统的空气分离方法）压缩膨胀 液化（深冷）一精馏低温法的核心2、吸附法：利用固体吸附剂（分子筛、活性炭、硅胶、铝胶）对气体混合物中某些特 定的组分吸附能力的差异进行的一种分离方法。特点：投资省、上马快、生产能力低、纯度低（93%左右）、切换周期短、对阀的要 求或寿命影响大。3、膜分离法：利用有机聚合膜对气体混合物的渗透选择性。O 穿透膜的速度比 N 快约 4-5 倍，但这种分离方法生产能力更低， 22纯度低（氧气纯度约 25%35%）二、学习的基本内容1、低温技术的热力学基础工程热力学：主要有热力学第一、第二定律；传热学：以蒸发、沸腾、冷凝机理为主；
2、 流体力学：伯努利方程、连续性方程；2、获得低温的方法绝热节流“相变制冷1等熵膨胀3、溶液的热力学基础拉乌尔定律、康诺瓦罗夫定律（1、 2 ，空分的核心、精馏的核心）4、低温工质的一些性质：（空气 、 O、 N、 Ar）5、液化循环（一次节流、克劳特、法兰德、卡皮查循环等）6、气体分离（结合设备）三、空分的应用领域1、钢铁：还原法炼铁或熔融法炼铁（喷煤富氧鼓风技术）；2、煤气化：城市能源供应的趋势、煤气化能源联合发电；3、化工：大化肥、大化工企业，电工、玻璃行业作保护气；4、造纸：漂白剂；5、国防工业：氢氧发动机、火箭燃料；6、机械工业；四、空分的发展趋势O现代工业一一大型、超大型规模；O大化
3、工一一煤带油：以煤为原料生产甲醇；O 污水处理：富氧曝气；O 二次采油；第一章 空分工艺流程的组成一、工艺流程的组织我国从 1953 年，在哈氧第一台制氧机，目前出现的全低压制氧机，这期间经历了几代 变革：第一代：高低压循环，氨预冷，氮气透平膨胀，吸收法除杂质； 第二代：石头蓄冷除杂质，空气透平膨胀低压循环； 第三代：可逆式换热器；第四代：分子筛纯化；第五代：，规整填料，增压透平膨胀机的低压循环； 第六代：内压缩流程，规整填料，全精馏无氢制氩；O全低压工艺流程：只生产气体产品，基本上不产液体产品；O内压缩流程：化工类：58MPa :临界状态以上，超临界；钢铁类： 3.0 MPa ，临界状态以下
4、；二、各部分的功用净化系统压缩 冷却一纯化一分馏（制冷系统，换热系统，精馏系统一*液体：贮存及汽化系统； 气体：压送系统；O净化系统：除尘过滤，去除灰尘和机械杂质；O压缩气体：对气体作功，提高能量、具备制冷能力；（热力学第二定律）O预冷：对气体预冷，降低能耗，提高经济性有预冷的一次节流循环比无预冷的一次节流循环经济，增加了制冷循环，减轻 了换热器的工作负担，使产品的冷量得到充分的利用；O纯化：防爆、提纯；吸附能力及吸附顺序为：HO CH CO ；2 2 2 2O精馏：空气分离 换热系统：实现能量传递，提高经济性，低温操作条件； 制冷系统：维持冷量平衡液化空气膨胀机W + Ah节流阀 A膨胀机制
5、冷量效率高：膨胀功W；冷损：跑冷损失 Q1 复热不足冷损 Q2生产液体产品带走的冷量Q3Q Q + Q + Q123第一节 净化系统、除尘方法：1、惯性力除尘：气流进行剧烈的方向改变，借助尘粒本身的惯性作用分离；2、过滤除尘：空分中最常用的方法；3、离心力除尘：旋转机械上产生离心力；4、洗涤除尘：5、电除尘：二、空分设备对除尘的要求对0.1 pm以下的粒子不作太多要求，因过滤网眼太小，阻力大；对0.1 pm以上的粒子要100%的除去；三、过滤除尘的两种过滤方式1、内部过滤：松散的滤料装在框架上，尘粒在过滤层内部被捕集；2、表面过滤：用滤布或滤纸等较薄的滤料，将尘粒黏附在表面上的尘粒层作为过滤层
6、进行尘粒的捕集；自洁式过滤器：1 Pm以上99.9%以上；阻力大于1.5KPa。就进行自清除；文丘里管（文式管）：将空气压力能转换为速度能；滤筒可以工作时更换；四、除尘装置的性能评价1、流量（处理能力）：选加工空气量的两倍；2、压力损失；3、除尘效率；4、寿命；第二节 空气压缩系统概念：N 等温效率：等温效率耳，为等温功率N与轴功率N之比，即：耳TTT N控制调节能力：防喘振；振动：经济性：好的用汽轮机，蒸汽机，燃汽轮机；第三节 空气预冷系统、分类1、氮水预冷：适用于大中型空分；2、冷水机组：适用于 4000的空分 、组成空冷塔，水冷塔，水泵，冷水机组氮水预冷系统分为两类：a. 空压机末级冷却
7、器与空冷塔合二为一：氮水预冷系统热负荷大，传热温差大，常用;b. 空压机末级冷却器单独设置；三、工作原理 利用来自冷箱内污氮、氮气含水的不饱和性吸收蒸发潜热使循环水降温；潜热相变； 潜热交换 显热交换；常温：水100C水蒸气100千卡以上；水100C水蒸汽539千卡；冷箱内来的WN相对湿度为20%30%，非常干燥，相对湿度是相变发生的主要条件。四、预冷系统的作用1、实现空气的等温压缩，增大等温效率；2、降低空气进主换热器的温度；3、使纯化条件工作在最佳状态。等温线等焓线等温节流效应五、设置氮水预冷系统的优点1 、保证冷量充足（膨胀量可减少）；2、减少主换热器的热负荷；3、减低空气的饱和含水量，
8、减轻纯化系统的工作负荷；4、温度越低，工况越稳定。六、结构类型1、空冷塔：a.空筒式：洗涤空气灰尘、NH , H S等；32b. 大孔径穿流板；阻力较大，10KPa以上；c. 散堆填料：目前使用最多，鲍尔环：表面积大，传质效果好，阻力小;2、水冷塔；a.喷淋式；b. 塔板式；c. 散堆填料；3、冷水机组：逆卡诺循环第四节 纯化系统空气是多组分组成，除氧气、氮气等气体组分外，还有水蒸汽、二氧化碳、乙炔及少量 的灰尘等归体杂质。这些杂质随空气进入空压机与空气分离装置中会到来较大危害，固体杂 质会磨损空压机运转部件，堵塞冷却器，降低冷却效果；水蒸气和二氧化碳在空气冷却过程 中会冻结析出，将堵塞设备及
9、气体管道，致使空分装置无法生产；乙炔进入空分装置后会导 致爆炸事故的发生，所以为了保证制氧机的安全运行，清除这些杂质是非常有必要的。 一、 H O,CO ,C H 净除的几种方法2 2 n m1、吸收法：2 NaOH + CO二NaCO + HO 现在已不使用；2 3 22、冻结法：切换板式：利用氮气蒸发和升华。淘汰的原因：要求污氮的量大，氧氮产量 1 ： 1.2 ；3、吸附法：利用固体吸附剂对气体混合物中多组分吸附能力的差异进行的；氧氮产另比 1：（2.53.5）；二、吸附过程的基本原理当气体与固体吸附剂相接触时，在固体表面或内部将发生容纳气体的现象（被吸附 的物质叫吸附质，起吸附作用的物质
10、叫吸附剂）。三、吸附的两种类型1、物理吸附：靠分子间作用力（范德华力），吸附剂与吸附质的化学性质基本不变；2、化学吸附：靠吸附质与吸附剂形成化学键，由于吸附键的结构影响，化学性质变化 的。吸附是一个传质过程，有两个阶段：A. 外扩散：从气体的主体通过吸附剂颗粒周围气膜到颗粒表面；B. 从表面进入空穴内部有表面扩散和空扩散。.四、对吸附剂的几点要求1、吸附剂必须是多孔性物质：2、吸附剂必须有特定的选择性；3、吸附容量要大；4、能再生且能多次使用；5、有足够的机械强度不破碎；6、价格便宜；五、吸附剂的分类1 、活性炭；2、硅胶：硅胶的化学式为： SiO nH O 。当硅胶吸附水分时，可以达到自身重
11、量的2250%，相对湿度为 60%时，吸湿量也可达到24%，但是硅胶吸附水分后温升高， 易破碎；可分为粗孔和细孔硅胶；3、铝胶：即氧化铝的水合物，化学式为Al O nH O ；性质很稳定，无毒，坚实，浸2 32入水中不软化、膨胀或崩裂，耐磨抗冲击；4、分子筛；制氧机应用的分子筛为沸石分子筛。化学通式如下：分子筛目前主要有A型、X型和Y型；常用的有外型有球状和条状；尺寸为26 ；目前空分上使用的分子筛都是13x分子筛，13x分子筛是一种离子形吸附剂，对 极性分子有强的亲和力。13x分子筛有条形，球形之分；且有各种型号，可以根据所 需效果选择。分子筛具有的吸附特点：a. 选择吸附：b. 干燥度高：
12、通常干燥后空气露点可达到负70度；c. 有共吸附能力：可以同时吸附水、二氧化碳、乙炔等；d. 分子筛具有高的稳定性，温度达到700C时，仍不熔性；e. 有简单的加热可使其再生；六、吸附过程的进行吸附平衡：当吸附速度和脱附速度相等时（P，T 一定时），吸附与脱附是同时进行的,只不过是速度不一致，当速度一致时就是平衡状态）如下图：门：（3）3；，被吸组分浓转效点：当传质区前沿开始达到吸附器出口截面时度明显增加的点。如上图的E点。七、吸附能力的衡量1、静吸附容量：在一定温度和被吸附组分浓度下，每单位质量（体积）吸附剂达到吸附平衡时的所能吸附的最大量，即吸附剂所能达到的最大吸附量与吸附剂量的比。2、动
13、吸附容量：当吸附器后刚出现吸附器时，吸附器内单位质量（体积）吸附剂的平 均吸附量，也就是吸附剂达到转效点的吸附量，通常用转效点来计算，即从 流体开始接触吸附剂到达“转效点”的时间。一般取动吸附容量为静吸附容量的40%50%，计算分子筛用量的一个重要指标。八、吸附热吸附热：流体分子被分子筛吸附到吸附剂表面所放出的热量；温度升高：气体冷凝成液体，放热，放热设计计算一般取温差3C,实际分子筛使用 中温升一般在4C6C；分子筛吸附器，以下两种形式；双层床单层床分子筛活性氧化铝同时双层床再升温度相对低些，节能。九、影响吸附容量的因素1、吸附过程的温度和被吸附组分的分压力温度越低，吸附效果越好，810C分
14、子筛吸附效果最好； 分压越高，代表被吸附组分的浓度越高，吸附效果也越好；2、气体流速：流速越大，吸附效果越差，动吸附容量降低是气体与吸附剂接触时间短在中压流程中，气体进吸附器流速为 0.4m/s; 在全低压流程中，气体进吸附器流速为 0.25m/s;3、吸附剂再生的完善程度：再生气源温度，进： 170C190C；出：80C95C；4、吸附剂层的厚度与水平度：水平度很重要，会影响纯化器的正常有效运行。 十、结构类型立式：中小型，占地面积小；卧式：中大型；现法液空：立式径向流吸附器。十一、再生（饱和后进行再生，恢复吸附能力）有两种方法：1、加温再生：利用吸附剂高温时吸附容量降低的原理把加温气体通入吸附层，使吸附 层温度升高，被吸附组分解吸；目前使用最广泛。2、 降压再生（压力交变再生）：再生时，降低吸附器内压力，甚至抽真空，使被吸附 分子的分压力降低，分子浓度降低，则吸附在吸附剂表面的分子数目也相应减小。 这是道尔顿分压定律的理论。十二、纯化系统的节能措施降低加热功率，如何才能降低呢？如下：1、 单层床变双层床；2、 再生过程中，加热冷吹分阶段进行；3、设置蓄热器；4、蒸汽加热器代替电加热器（针对有蒸汽源的用户），蒸汽属于无序能，低品位，电 能属于有序
