空氣分離分離過(guò)程在空分中的應(yīng)用

1、空氣分離-分離過(guò)程在空分中的應(yīng)用摘要：分離過(guò)程在化工生產(chǎn)過(guò)程中起著舉足輕重的重要作用，本文并闡述了它在當(dāng)今工業(yè)生深冷法空氣分離中的應(yīng)用以及重要性。關(guān)鍵字：空分 分子篩吸附器 雙級(jí)精餾塔0.引言空氣中的主要成分是氧和氮，它們分別以分子狀態(tài)存在，均勻地混合在一起，通常要將它們分離出來(lái)比較困難，目前工業(yè)上主要有種實(shí)現(xiàn)空氣分離方法。吸附法：利用多孔性物質(zhì)分子篩對(duì)不同的氣體分子具有選擇性咐附的特點(diǎn)，對(duì)氣體分子不同組分有選擇性的進(jìn)行吸附，達(dá)到單高純度的產(chǎn)品。吸附法分離空氣流程簡(jiǎn)章，操作方便運(yùn)行成本較低，但不能獲得高純度的的雙高產(chǎn)品。膜分離法：利用一些有機(jī)聚合膜的潛在選擇性，當(dāng)空氣通過(guò)薄膜或中空纖維膜時(shí)，氧

2、氣穿過(guò)膜的速度比氮快的多的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)氧、氮的分離。這種分離方法得到的產(chǎn)品純度不高，規(guī)模也較小，目前只適用于生產(chǎn)富氧產(chǎn)品。深冷法（也稱低溫法）：先將混合物空氣通過(guò)壓縮、膨脹和降溫，直至空氣液化，然后利用氧、氮汽化溫度（沸點(diǎn)）的不同進(jìn)行精餾分離。深冷與精餾的組合是目前工業(yè)上應(yīng)用最廣泛的空氣分離方法。1.深冷法空分原理空氣中氧和氮占99.23%(容積),因此在一般計(jì)算中,可以近似地將空氣當(dāng)做氧和氮的二元混合物,將氬歸并到氮中去,其它氣體忽略不計(jì),即認(rèn)為空氣中含氧20.9%，含氮79.1%(容積)?？諝獾慕M成組分氮氧氬沸點(diǎn)（）-195.8-183-185.8體積百分比78.0320.930.932將空

3、氣冷凝成液體，然后按各組分蒸發(fā)溫度的不同將空氣分離。處于冷凝溫度的氧、氮混合氣穿過(guò)比它溫度低的氧、氮組成的液體時(shí)，氣體要部分冷凝，轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w并放出冷凝潛熱，沸點(diǎn)較高的氧較多的冷凝，這樣蒸氣中的氮濃度越來(lái)超高 ；液體則吸收熱量而蒸發(fā)。沸點(diǎn)較低的氮較多的蒸發(fā)，液體中的氧濃度也越來(lái)越高，每經(jīng)過(guò)一次蒸發(fā)冷凝過(guò)程，氣體中氮組分就增加，而液體中氧組分也增加。如果這種同時(shí)發(fā)生的蒸發(fā)冷凝過(guò)程進(jìn)行多次，混合物中的氧和氮便可分離。2. kdon48000/80000型空分裝置簡(jiǎn)易流程分析空氣凈化：過(guò)濾及壓縮：原料空氣自吸入口吸入，經(jīng)自潔式空氣過(guò)濾器，除去灰塵及其它機(jī)械雜質(zhì)，空氣經(jīng)過(guò)濾后經(jīng)離心式空壓機(jī)壓縮至壓縮至0

4、.575mpa 后經(jīng)空氣冷卻塔預(yù)冷，空氣自下而上穿過(guò)空氣冷卻塔，在冷卻的同時(shí)，又得到清洗。預(yù)冷：進(jìn)入空冷塔的水分為兩段。下段為由涼水塔來(lái)的冷卻水，經(jīng)循環(huán)水泵加壓入空冷塔中部自上而下出空冷塔回涼水塔。上段為由水冷塔來(lái)的冷卻水，經(jīng)水冷塔與由分餾塔來(lái)污氮?dú)鉄豳|(zhì)交換冷卻后由冷凍水泵加壓，送入空氣冷卻塔頂部，自上而下出空氣冷卻塔回涼水塔?？諝饨?jīng)空氣冷卻塔冷卻后，溫度降至18。純化：空氣經(jīng)空氣冷卻塔冷卻后進(jìn)入切換使用的分子篩純化器1#或2#，空氣中的二氧化碳、碳?xì)浠衔锛皻埩舻乃羝晃?。分子篩吸附器為臥式雙層床結(jié)構(gòu)，下層為活性氧化鋁，上層為分子篩，兩只吸附器切換工作。當(dāng)一臺(tái)吸附器工作時(shí)，另一臺(tái)吸附器則

5、進(jìn)行再生、冷吹備用。由分餾塔來(lái)的污氮?dú)?，?jīng)蒸汽加熱器加熱至-170后，入吸附器加熱再生（高溫再生時(shí)，再生氣經(jīng)蒸汽加熱器及電加熱器加熱至260后，入吸附器加熱再生），脫附掉其中的水份及co2，再生結(jié)束由分餾塔來(lái)的污氮?dú)饫浯?，然后排入大氣放空。空氣液化空氣?jīng)凈化后，由于分子篩的吸附熱，溫度升至20，然后分兩路：第一路：空氣在低壓主換熱器中與返流氣體(純氮?dú)?、壓力氮?dú)?、污氮?換熱達(dá)到接近空氣液化溫度約-173后進(jìn)入下塔進(jìn)行精餾； 第二路：空氣進(jìn)入增壓空氣壓縮機(jī)1段進(jìn)行增壓，壓縮后的這部分空氣又分為二部分： 相當(dāng)于膨脹空氣的這部分空氣從增壓空氣壓縮機(jī)的段抽出，經(jīng)膨脹機(jī)驅(qū)動(dòng)的增壓機(jī)，消耗掉由膨脹機(jī)輸出

6、的能量，使空氣的壓力得以進(jìn)一步提高，增壓后進(jìn)入高壓主換熱器。在高壓主換熱器內(nèi)被返流氣體冷卻至152k(-121）抽出，進(jìn)入膨脹機(jī)膨脹制冷，膨脹后的空氣，經(jīng)汽液分離器分離后氣體部分進(jìn)入下塔，液體經(jīng)節(jié)流后送入粗氬冷凝器（液空冷源）。 另一部分繼續(xù)進(jìn)增壓空氣壓縮機(jī)的段增壓，從增壓空氣壓縮機(jī)的段抽出后，進(jìn)入高壓主換熱器，與返流的液氧和其他氣體換熱后冷卻至106k（-167）經(jīng)節(jié)流后進(jìn)入下塔中部； 空氣精餾：下塔精餾：在下塔中，空氣被初步分離成頂部氮?dú)夂偷撞扛谎跻簯B(tài)空氣。頂部氮?dú)猓喉敳繗獾谥骼淠舭l(fā)器中液化，同時(shí)主冷凝蒸發(fā)器的低壓側(cè)液氧被氣化。絕大部分液氮作為下塔回流液回流到下塔，其余液氮經(jīng)過(guò)冷器，被

7、純氣氮和污氣氮過(guò)冷并節(jié)流后送入上塔頂部作為上塔回流液。壓力氮?dú)猓簤毫Φ獨(dú)鈴南滤敳恳鰜?lái)，在低壓主換熱器中復(fù)熱后出冷箱。污液氮：在下塔下部得到污液氮，經(jīng)過(guò)冷器過(guò)冷后，節(jié)流至上塔上部參與精餾。富氧液態(tài)空氣：從下塔底部抽出的富氧液空在過(guò)冷器中過(guò)冷后，一部分作為粗氬冷凝器冷源，另一部分經(jīng)節(jié)流送入上塔中部作回流液。 上塔精餾：經(jīng)上塔的精餾，在頂部得到產(chǎn)品氮?dú)?，在上部得到污氮?dú)猓撞康玫揭貉?。液氧：液氧從上塔底部通過(guò)管道導(dǎo)入主冷凝蒸發(fā)器中，在主冷凝蒸發(fā)器中被來(lái)自下塔的壓力氮?dú)馄?汽化后的低壓工藝氧氣通過(guò)管道導(dǎo)入上塔。液氧在主冷凝蒸發(fā)器底部導(dǎo)出經(jīng)高壓液氧泵加壓，然后在高壓換熱器復(fù)熱后以4.7mpa(g)

8、的壓力作為氣體產(chǎn)品出冷箱。 污氣氮：污氣氮從上塔上部引出，并在過(guò)冷器中復(fù)熱后，部分低壓主換熱器中復(fù)熱后做為分子篩純化器的再生氣體；其在余高壓主換熱器中復(fù)熱后，進(jìn)入水冷塔作為冷源。純氣氮：純氣氮從上塔頂部引出， 在過(guò)冷器及低壓主換熱器中復(fù)熱后出冷箱，作為產(chǎn)品送往氮壓機(jī)，多余部分送往水冷卻塔中作為冷源冷卻外界水。 氬餾份：從上塔相應(yīng)部位抽出氬餾份送入粗氬冷凝器，粗氬冷凝器采用過(guò)冷后的液空作冷源，氬餾份直接從增效塔的底部導(dǎo)入，上升氣體在粗氬冷凝器中液化，得到粗液氬和粗氬氣，前者作為回流液入增效塔，而后者經(jīng)進(jìn)入低壓換熱器復(fù)熱到常溫送出冷箱；在粗氬冷凝器蒸發(fā)后的液空蒸汽和底部少量液空同時(shí)返回上塔。3.空

9、分工藝設(shè)備介紹自潔式空氣過(guò)濾器空氣中含有大量的塵埃，空壓機(jī)在長(zhǎng)時(shí)間的高速運(yùn)行中，粉塵會(huì)造成機(jī)器內(nèi)部的葉輪、葉片等部件的磨損、腐蝕和結(jié)垢，縮短機(jī)器的使用壽命，因此設(shè)置空氣過(guò)濾器，清除掉空氣中的灰塵及雜質(zhì)。作用為清除原料空氣中的機(jī)械雜質(zhì)、灰塵。結(jié)構(gòu)：由高效過(guò)濾筒、文氏管、自潔專(zhuān)用噴頭、反吹系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、凈氣室出風(fēng)口、柜架等組成。原理：在吸氣負(fù)壓作用下，空氣穿過(guò)高效過(guò)濾筒，粉塵由于重力、靜電和接觸被阻留，凈化空氣進(jìn)入凈氣室?？蓪?duì)大于1um以上的灰塵過(guò)濾效率達(dá)99.9%，濾筒上的灰塵通過(guò)專(zhuān)用噴頭吹除達(dá)到清除。空氣壓縮機(jī)原料空氣壓縮機(jī)和增壓空氣壓縮機(jī)作用是為提供帶壓原料空氣。結(jié)構(gòu)：成套進(jìn)口德國(guó)曼透平公

10、司的產(chǎn)品，由汽輪機(jī)拖動(dòng)兩臺(tái)離心式壓縮機(jī)，原料空壓機(jī)排氣量：251000nm3/h, 0.595mpa(a)、10nm3/h進(jìn)入低壓換熱器；增壓機(jī)一段：25000nm3/h,2.mpa(g)；二段：83000nm3/h,.mpa(g) 。離心式壓縮機(jī)是利用裝于軸上帶有工作輪的葉片在原動(dòng)機(jī)的帶動(dòng)下做高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，葉輪對(duì)氣體做功，使氣體獲得動(dòng)能，然后氣體在擴(kuò)壓器中速度下降，動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓能，壓力得到進(jìn)一步提高的過(guò)程。汽輪機(jī)的工作原理：利用高溫高壓蒸氣進(jìn)入噴嘴靜葉柵中蒸氣內(nèi)能減少，動(dòng)能增加，獲得了很大的流速，蒸氣的溫度壓力下降，高速氣流沖擊動(dòng)葉片，使葉輪旋轉(zhuǎn)，蒸氣的熱能又轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)子的機(jī)械能，同時(shí)蒸氣的

11、溫度壓力下降?？諝饨?jīng)自潔式過(guò)濾器過(guò)濾其中的機(jī)械雜質(zhì)、灰塵等，然后進(jìn)入原料空氣壓縮機(jī)（mac）經(jīng)過(guò)四級(jí)壓縮到0.495mpa（g），送至空氣冷卻塔冷卻。 來(lái)自分子篩純化器的空氣壓力0.475mpa（g）溫度20，進(jìn)入循環(huán)增壓機(jī)（bac），經(jīng)三級(jí)壓縮之后的空氣一部分（25000nm3/h、.mpa）抽出送到膨脹機(jī)的增壓端，另一部分(83000 nm3/h)進(jìn)入增壓機(jī)二段，繼續(xù)壓縮至7.3mpa（g）在高壓板式換熱器與返流介質(zhì)換熱后進(jìn)入下塔。3 分子篩吸附器作用是吸附空氣中水分、乙炔、co等碳?xì)浠衔?。結(jié)構(gòu)：臥式圓筒體，內(nèi)設(shè)支承柵架。由于分子篩的吸附特性將空氣中的水份、乙炔、 co2等吸附，后被高溫

12、氣體反向再生。分子篩吸附器成對(duì)交替使用，一只工作時(shí)，另一只被再生。空氣由多組分組成，除氧氣、氮?dú)獾葰怏w組分外，還有水蒸汽、二氧化碳、乙炔及少量的灰塵等歸體雜質(zhì)。這些雜質(zhì)隨空氣進(jìn)入空壓機(jī)與空氣分離裝置中會(huì)到來(lái)較大危害，固體雜質(zhì)會(huì)磨損空壓機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)部件，堵塞冷卻器，降低冷卻效果；水蒸氣和二氧化碳在空氣冷卻過(guò)程中會(huì)凍結(jié)析出，將堵塞設(shè)備及氣體管道，致使空分裝置無(wú)法生產(chǎn)；乙炔進(jìn)入空分裝置后會(huì)導(dǎo)致爆炸事故的發(fā)生，所以為了保證制氧機(jī)的安全運(yùn)行，清除這些雜質(zhì)是非常有必要的。分子篩吸附原理：經(jīng)空冷塔冷卻后的空氣一般在左右進(jìn)入吸附器內(nèi)吸附純化。水分乙炔、二氧化碳都是極性或不飽和分子。分子篩對(duì)它們都有很強(qiáng)的親和力。分子篩的共吸附性能使它可以在吸水的同時(shí)還可以吸附其它物質(zhì)，這種親和力的順序是：h2o c2h2 co2。4 膨脹機(jī)作用是膨脹機(jī)是空分設(shè)備的心臟部機(jī)之一，由氣體在膨脹機(jī)中等熵膨脹而制取冷量，正常生產(chǎn)中為系統(tǒng)補(bǔ)充冷損。工作原理： 工質(zhì)在透平膨脹機(jī)的通流部分膨脹獲得動(dòng)能，并由工作輪軸端輸出外功，因而降低了膨脹機(jī)出口工質(zhì)的內(nèi)能和溫度。雙級(jí)精餾塔利用混合氣中各組分的沸點(diǎn)不同，將其分離成所要求純度的組分；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。下塔初步精餾，上塔進(jìn)一步精餾得到氧氣和氮?dú)?，二者?lián)系紐帶為主冷。 4.結(jié)束語(yǔ)深冷法空分技術(shù)將過(guò)濾、精餾、吸附等多種分離技術(shù)結(jié)合來(lái)優(yōu)化