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1、www.risun-1空分工段主要知识简介空分工段主要知识简介www.risun-2目目 录录一、空分工艺流程图一、空分工艺流程图二、空气分离方法及特点二、空气分离方法及特点三、压缩系统三、压缩系统四、预冷系统四、预冷系统五、净化系统五、净化系统六、制冷系统六、制冷系统七、换热系统七、换热系统八、精馏系统八、精馏系统www.risun-3一、空分工艺流程图一、空分工艺流程图www.risun-4二、空气分离方法及特点二、空气分离方法及特点空气分离方法有吸附法、膜分离法和低温精馏法。本工段采用低温精馏法。空气分离方法有吸附法、膜分离法和低温精馏法。本工段采用低温精馏法。1 1、变压吸附法、变压吸
2、附法 让空气通过分子筛吸附塔，利用分子筛对空气中的氧、氮组分选择性吸附让空气通过分子筛吸附塔，利用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。而使空气分离获得氧气。 特点：特点： （1 1）流程简单，常温运行，设备便易，投资少；）流程简单，常温运行，设备便易，投资少； （2 2）全自动控制，制氧快速，能耗低，生产）全自动控制，制氧快速，能耗低，生产1M1M3 3氧气的能耗只有氧气的能耗只有0.4KWH0.4KWH； （3 3）产品单一，不能同时生产氧和氮；）产品单一，不能同时生产氧和氮； （4 4）纯度低，氧纯度只有）纯度低，氧纯度只有90%90%93%93%； （5 5）分子筛
3、体积大，不适合大型化生产，一般用在小于）分子筛体积大，不适合大型化生产，一般用在小于4000M4000M3 3/H/H氧气的场合；氧气的场合； （6 6）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。）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。www.risun-52 2、膜分离法、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，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，获得富获得富氧气体。氧气体。特点：特点：（1 1）氧、氮、氩透过膜的速率不同，氧氩氮，氧气透过膜的速）氧、氮、氩透过膜的速率不同，氧氩氮，氧气透过膜的速度度
4、约为氮气的约为氮气的4 45 5倍；倍；（2 2）分离膜很薄，而且具有很多的微孔；）分离膜很薄，而且具有很多的微孔；（3 3）分离膜对不同的气体组分具有选择透过性；）分离膜对不同的气体组分具有选择透过性；（4 4）不同气体组分在分离膜中的溶解度和扩散系数不同；）不同气体组分在分离膜中的溶解度和扩散系数不同；（5 5）在膜中形成气体浓度梯度；）在膜中形成气体浓度梯度；www.risun-63 3、低温精馏法、低温精馏法 将空气压缩、冷却，使空气饱和液化，利用氧、氮组分的沸点差，将空气压缩、冷却，使空气饱和液化，利用氧、氮组分的沸点差，用精馏的方法将氧氮分离，从而获得高纯度的氧和氮。低温法是实用精
5、馏的方法将氧氮分离，从而获得高纯度的氧和氮。低温法是实现空气分离是深冷与精馏的组合，是目前应用最为广泛的空气分离现空气分离是深冷与精馏的组合，是目前应用最为广泛的空气分离方法，在国内外的制氧行业中占统治地位。方法，在国内外的制氧行业中占统治地位。 特点：特点： （1 1）产量大：目前国内最大的制氧机在宝钢，制氧能力为）产量大：目前国内最大的制氧机在宝钢，制氧能力为72000M72000M3 3/h/h， 国外最大的制氧机在巴西，制氧能力为国外最大的制氧机在巴西，制氧能力为110000M110000M3 3/h/h。 （2 2）氧气和氮气纯度高：氧气的纯度可达）氧气和氮气纯度高：氧气的纯度可达9
6、9.6%99.6%以上，氮气纯度可达以上，氮气纯度可达 99.999% 99.999%； （3 3）电耗低；）电耗低； （4 4）适宜大规模生产；）适宜大规模生产； （5 5）可以同时生产氩气等稀有气体。）可以同时生产氩气等稀有气体。www.risun-7三、压缩系统三、压缩系统1 1、自洁式过滤器结构、自洁式过滤器结构www.risun-82 2、空气压缩机、空气压缩机本工段空压机位离心式压缩机，其工作原理：本工段空压机位离心式压缩机，其工作原理：本工段空压机位离心式压缩机，其工作原理：本工段空压机位离心式压缩机，其工作原理： 随着机轴传递给叶片的动能随着机轴传递给叶片的动能, ,气体在叶片
7、驱使下高速旋转，产生离气体在叶片驱使下高速旋转，产生离心力，机内气体在离心力作用下心力，机内气体在离心力作用下, ,沿叶片流道向叶片出口甩出。从叶片沿叶片流道向叶片出口甩出。从叶片出口流出的高速气体，在蜗壳流道内速度逐渐变慢，压力逐渐升高，并出口流出的高速气体，在蜗壳流道内速度逐渐变慢，压力逐渐升高，并沿排出口排出。与此同时，叶片入口处的气体减少，压力降低，形成出沿排出口排出。与此同时，叶片入口处的气体减少，压力降低，形成出入口压差，也就连续吸入新的气体。入口压差，也就连续吸入新的气体。 一期空压机参数：一期空压机参数：一期空压机参数：一期空压机参数： 压缩机为四级压缩三级冷却压缩机压缩机为四
8、级压缩三级冷却压缩机 功率：功率：3200kw 3200kw 吸入压力吸入压力:0.097MPa(A) :0.097MPa(A) 气量：气量：34000Nm34000Nm3 3/h /h 排气压力排气压力:0.62MPa(A) :0.62MPa(A) 二期空压机参数：二期空压机参数： 压缩机为四级压缩三级冷却压缩机压缩机为四级压缩三级冷却压缩机 功率：功率：3900kw 3900kw 吸入压力吸入压力:0.097MPa(A) :0.097MPa(A) 气量：气量：39000Nm39000Nm3 3/h /h 排气压力排气压力:0.62MPa(A):0.62MPa(A)www.risun-93
9、3、氧压压缩机、氧压压缩机（1 1）氧压机的工作原理）氧压机的工作原理一期氧压机为离心式压缩机，其工作原理是由电动机带动，当叶一期氧压机为离心式压缩机，其工作原理是由电动机带动，当叶轮高速旋转时，叶轮带动叶片间的气体一道旋转，在离心力的轮高速旋转时，叶轮带动叶片间的气体一道旋转，在离心力的作用下，其压力和速度都得到提高，在从一级压向另一级的过作用下，其压力和速度都得到提高，在从一级压向另一级的过程中，由于气体在蜗壳流道中一部分速度能转化为压力能，进程中，由于气体在蜗壳流道中一部分速度能转化为压力能，进一步提高了气体的压力，这样经过一级又一级涡轮增压作用，一步提高了气体的压力，这样经过一级又一级
10、涡轮增压作用，气体以较大的压强最后经与涡轮相连的压出管向外排出。气体以较大的压强最后经与涡轮相连的压出管向外排出。二期氧压机为活塞式压缩机，其工作原理是由电动机带动曲轴，二期氧压机为活塞式压缩机，其工作原理是由电动机带动曲轴，曲轴传力给连杆作圆周运动，然后传力给十字头、活塞杆、带曲轴传力给连杆作圆周运动，然后传力给十字头、活塞杆、带动活塞作直线往复运动，完成气体吸气、压缩、排气、膨胀的动活塞作直线往复运动，完成气体吸气、压缩、排气、膨胀的工作过程。工作过程。www.risun-103 3、氧压压缩机、氧压压缩机一期氧压机参数：一期氧压机参数：型号：型号：2MCL454+3MCL406 2MCL
11、454+3MCL406 离心式氧压机离心式氧压机氧气流量：氧气流量：6000Nm6000Nm3 3/h/h、纯度、纯度99.6%99.6%（O O2 2）氧气压力：氧气压力：2.5MPa2.5MPa电机功率：电机功率：1600kw1600kw压缩过程：低压缸两段压缩压缩过程：低压缸两段压缩+ +高压缸三段压缩高压缸三段压缩冷却过程：五级冷却冷却过程：五级冷却二期氧压机参数：二期氧压机参数：型号：型号：ZW-51.2/27 ZW-51.2/27 活塞式氧压机活塞式氧压机氧气流量：单台氧气流量：单台3000Nm3000Nm3 3/h/h（两开一备）、纯度（两开一备）、纯度99.6%99.6%（O
12、O2 2）氧气压力：氧气压力：2.7MPa2.7MPa电机功率：电机功率：535535kwkw压缩过程：低压缸一段压缩压缩过程：低压缸一段压缩+ +高压缸两段压缩高压缸两段压缩冷却过程：三级冷却冷却过程：三级冷却www.risun-11 压缩后的气体进入空气预压缩后的气体进入空气预冷系统中的空气冷却塔，被循冷系统中的空气冷却塔，被循环冷却水和水冷塔来的被不饱环冷却水和水冷塔来的被不饱和氮气和污氮冷却的冷冻水冷和氮气和污氮冷却的冷冻水冷却和洗涤，使空气温度降到却和洗涤，使空气温度降到1616，并洗涤部分，并洗涤部分NONOx x,SO,SO2 2,Cl,Cl+ +等有害杂质，再进入纯化系统。等有
13、害杂质，再进入纯化系统。空气冷却塔顶部设有惯性分离空气冷却塔顶部设有惯性分离器及丝网分离器，以防止工艺器及丝网分离器，以防止工艺空气中游离水分带出。空气中游离水分带出。四、预冷系统四、预冷系统www.risun-12空冷塔结构图示意图空冷塔结构图示意图www.risun-13五、净化系统五、净化系统 纯化系统中的吸附纯化系统中的吸附器由两台立式容器组成，器由两台立式容器组成，两台吸附容器采用双层两台吸附容器采用双层床结构，底部为活性氧床结构，底部为活性氧化铝，上部为分子筛，化铝，上部为分子筛，当一台吸附除去工艺空当一台吸附除去工艺空气中的气中的H2O、CO2、碳氢、碳氢化合物时，另一台则由化合
14、物时，另一台则由来自冷箱中的污氮通过来自冷箱中的污氮通过电加热器加热后进行再电加热器加热后进行再生。生。www.risun-14空分中控分子筛纯化系统界面图空分中控分子筛纯化系统界面图www.risun-15六、制冷系统六、制冷系统 由纯化系统来的洁净空气一部分进入增压机，消耗掉由膨胀机膨由纯化系统来的洁净空气一部分进入增压机，消耗掉由膨胀机膨胀进输出的功，同时使压力得以升高，经增压后空气入增压机后冷却胀进输出的功，同时使压力得以升高，经增压后空气入增压机后冷却器，冷却到所需温度后，入主换热器冷却到一定温度后入透平膨胀机器，冷却到所需温度后，入主换热器冷却到一定温度后入透平膨胀机膨胀，膨胀后空
15、气入上塔参与精馏。膨胀，膨胀后空气入上塔参与精馏。www.risun-16 气体在膨胀机内膨胀并对外做功是空分装置制取冷量获得低温的主要方气体在膨胀机内膨胀并对外做功是空分装置制取冷量获得低温的主要方法，膨胀过程是一个绝热过程，输出的外功等于焓降，也叫膨胀机的制冷法，膨胀过程是一个绝热过程，输出的外功等于焓降，也叫膨胀机的制冷量。量。 i=ii=i1- i- i2www.risun-17增压膨胀机示意图增压膨胀机示意图www.risun-18七、换热系统七、换热系统 出空气纯化系统的出空气纯化系统的洁净工艺空气大部分洁净工艺空气大部分进入冷箱内的主换热进入冷箱内的主换热器，被从精馏塔出来器，被
16、从精馏塔出来的、低温的污氮、氮的、低温的污氮、氮气和氧气冷却，接近气和氧气冷却，接近露点的空气进入下塔露点的空气进入下塔的底部，进行初次精的底部，进行初次精馏。馏。www.risun-19八、精馏系统八、精馏系统双级精馏塔双级精馏塔压缩、冷却后的低温空气在下塔压缩、冷却后的低温空气在下塔进行初步分离，获得液氮和富氧进行初步分离，获得液氮和富氧液空液空下塔顶部的液氮下塔顶部的液氮下塔底部的富氧液空下塔底部的富氧液空富氧液空在上塔进一步分离，得富氧液空在上塔进一步分离，得到纯氧和纯氮到纯氧和纯氮上塔上部用来不断提高低沸点上塔上部用来不断提高低沸点组份氮的浓度，叫精馏段；下组份氮的浓度，叫精馏段；下部用来将低沸点组份氮分离出部用来将低沸点组份氮分离出来，叫提馏段来，叫提馏段www.risun-20节流过程：节流过程：节流：流体通过装在管道节流：流体通过装在管道中的缩孔时，压力降低，中的缩孔时，压力降低，体积膨胀的过程叫节流。体积膨胀的过程叫节流。节流过程的特点：绝热且节流过程的特点：绝热且没有能量交换，因此是一没有能量交换，因此是一个等焓过程个等焓过程i1=i2i1=i2，即节流，即节流前后的焓相等。这说明节前后的焓相等。这说明节流过程并不产生冷量，但流过程并不产生冷量，但节流前后的空气温度是下节流前后的空气温度是下降的。降的。www.risun-21
