空分基本概念與流程組織

1、 陜西煤化能源有限公司培訓(xùn)教材空分基本概念與流程組織82目 錄目 錄1第一章 空分的基本概念與流程組織2第一節(jié) 空氣分離設(shè)備的基本術(shù)語(yǔ)2第二節(jié) 空分生產(chǎn)基礎(chǔ)知識(shí)與流程組織4第三節(jié) 我公司空分裝置主要工藝參數(shù)及流程10第二章 空氣的凈化16第一節(jié) 概述16第二節(jié) 固體雜質(zhì)的清除17第三節(jié) 空氣的純化18第三章 空氣預(yù)冷卻系統(tǒng)23第一節(jié) 預(yù)冷流程及原理23第二節(jié) 空氣冷卻塔及水冷卻塔的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其功能24第四章 精餾與換熱29第一節(jié) 精餾塔29第二節(jié) 鋁板翅式換熱器34第五章 空分機(jī)器與操作42第一節(jié) 離心式壓縮機(jī)42第二節(jié) 汽輪機(jī)結(jié)構(gòu)原理與操作47第三節(jié) 汽輪機(jī)、壓縮機(jī)組常見故障分析53第四節(jié)

2、透平膨脹機(jī)60第六章 空分設(shè)備操作及維護(hù)64第七章 低溫液體貯槽69第一節(jié) 低溫液體貯槽的結(jié)構(gòu)及功能69第二節(jié) 低溫液體貯槽的操作70第八章閥門的基礎(chǔ)知識(shí)73第一節(jié) 概 論73第二節(jié) 常用閥門簡(jiǎn)介74第三節(jié) 閥門的使用及維護(hù)75第九章 空分技術(shù)問(wèn)答77第十章 空分裝置安全規(guī)程85第一節(jié) 安全注意事項(xiàng)85第二節(jié) 安全措施86第三節(jié) 空分事故案例87第一章 空分的基本概念與流程組織第一節(jié) 空氣分離設(shè)備的基本術(shù)語(yǔ)在學(xué)習(xí)空分設(shè)備基本知識(shí)之前，我們先來(lái)了解空分設(shè)備上使用的一些術(shù)語(yǔ)。一、空氣分離設(shè)備基本術(shù)語(yǔ)1.空氣 存在于地球表面的氣體混合物。接近于地面的空氣在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的密度為1.29kg/ m3。主要

3、成分是氧、氮和氬；以體積含量計(jì)，氧約占20.95%，氮約占78.09%，氬約占0.932%，此外還含有微量的氫及氖、氦、氪、氙等稀有氣體。根據(jù)地區(qū)條件不同，還含有不定量的二氧化碳、水蒸氣及乙炔等碳?xì)浠衔?，以及灰塵等。表1.空氣組成及特性 1個(gè)大氣壓下的沸點(diǎn)1個(gè)大氣壓下的汽化點(diǎn)空氣中的組分三相點(diǎn)臨界點(diǎn)單位體積重量分子量溫度壓力溫度壓力氣液?jiǎn)挝籏cal/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%-210.094.6-1

4、47.13.351.2500.80828氬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-56.60.5131.37.291.977

5、1.17844空氣-191.549.1/-140.73.721.2930.99528.92氧氣 分子式O2，分子量31.9988（按1979年國(guó)際原子量），無(wú)色、無(wú)臭的氣體。在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的密度為1.429kg/m3，熔點(diǎn)為54.75K,在101.325kPa壓力下的沸點(diǎn)為90.17K?；瘜W(xué)性質(zhì)極活潑，是強(qiáng)氧化劑。不能燃燒，能助燃。3.氮?dú)?分子式N2，分子量28.0134（按1979年國(guó)際原子量），無(wú)色、無(wú)臭、的惰性氣體。在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的密度為1.251kg/m3,熔點(diǎn)為63.29K,在101.325kPa壓力下的沸點(diǎn)為77.35K?；瘜W(xué)性質(zhì)不活潑，不能燃燒，是一種窒息性氣體。4.純氮 用空氣分

6、離設(shè)備制取的氮?dú)?，其氮含量大于或等?9.995%（體積比）。5.液氧（液態(tài)氧） 液體狀態(tài)的氧，為天藍(lán)色、透明、易流動(dòng)的液體。在101.325kPa壓力下的沸點(diǎn)為90.17K，密度為1140kg/m3?？刹捎玫蜏胤諝夥蛛x設(shè)備制取液態(tài)或用氣態(tài)氧液化制取。6.液氮（液態(tài)氮） 液體狀態(tài)的氮，為透明、易流動(dòng)的液體。在101.325kPa壓力下的沸點(diǎn)為77.35K，密度為810kg/m3?？刹捎玫蜏胤諝夥蛛x設(shè)備制取液態(tài)氮或用氣態(tài)氮液化制取。7.液空（液態(tài)空氣） 液體狀態(tài)的空氣，為淺藍(lán)色、易流動(dòng)的液體。在101.325kPa壓力下的沸點(diǎn)為78.8K，密度為873kg/m3。液空是空氣分離過(guò)程中的中間產(chǎn)

7、物。8.富氧液空 指氧含量超過(guò)的20.95%（體積比）的液態(tài)空氣。9.餾分液氮（污液氮） 在下塔合適位置抽出的、氮含量一般為95%96%（體積比）的液體。10.污氮 在上塔上部抽出的、氮含量一般為95%96%（體積比）的氣體。11.標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài) 指溫度為0、壓力為101.325kPa時(shí)的氣體狀態(tài)。12.空氣分離 從空氣中分離其組分以制取氧、氮和提取氬、氖、氦、氪、氙等氣體的過(guò)程。13.節(jié)流效應(yīng)（焦耳湯姆遜效應(yīng)） 氣體膨脹不作功產(chǎn)生的溫度變化。14.等熵膨脹效應(yīng) 氣體在等熵膨脹時(shí)，由于壓力變化產(chǎn)生的溫度變化。15.液汽比（回流比） 在精餾塔中下流液體量與上升蒸汽量之比。16.液泛 在精餾塔中上升蒸汽

8、速度過(guò)高，阻止了液體正常往下溢流的工況。17.漏液 在篩孔板精餾塔中因上升蒸汽速度過(guò)低，使液體從篩孔泄漏的工況。18.提取率 產(chǎn)品氣體組分的總含量與加工空氣中該組分的總含量之比。19.單位能耗指空氣分離設(shè)備生產(chǎn)單位產(chǎn)品氣體所消耗的電能。第二節(jié) 空分生產(chǎn)基礎(chǔ)知識(shí)與流程組織1.空分的基本知識(shí)1.1.什么是空分空分就是空氣分離的簡(jiǎn)稱。1.2空分的原料：空氣空氣的成分：主要成分是O2、N2和Ar；體積比：O2：N2：Ar=20.95% ：78.09% ：0.932%；此外還含有微量的氫及氖、氦、氪、氙等稀有氣體；根據(jù)地區(qū)條件不同，還含有不定量的二氧化碳、水蒸氣及乙炔等碳?xì)浠衔铩?.3 空氣分離的方法

9、吸附法、膜分離法、低溫精餾法。1.3.1吸附法讓空氣通過(guò)分子篩吸附塔，利用吸附塔中特殊的分子篩對(duì)空氣中的氧、氮組分選擇性吸附而使空氣分離獲得氧氣。吸附法的特點(diǎn)：流程簡(jiǎn)單，常溫運(yùn)行，設(shè)備便易，投資少；全自動(dòng)控制，制氧快速，能耗低，生產(chǎn)1m3氧氣的能耗只有0.4KWH；產(chǎn)品單一，不能同時(shí)生產(chǎn)氧和氮；純度低，氧純度只有90%93%；分子篩體積大，不適合大型化生產(chǎn)，一般用在小于4000m3/h氧氣的場(chǎng)合；分子篩切換時(shí)間太短（兩分鐘），系統(tǒng)容易出故障，不適合連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。1.3.2膜分離法利用有機(jī)聚合膜的選擇滲透性，從氣體混合物中將氧、氮分離，獲得富氧氣體。膜分離法的特點(diǎn)：產(chǎn)品純度低，氧純度只有4050%；

10、可以生產(chǎn)高純度的氮?dú)?；裝置簡(jiǎn)單，操作方便；運(yùn)動(dòng)元件及易損件少，運(yùn)行較平衡；分離膜易堵塞；分離膜制造困難，價(jià)格高；不適合大型化生產(chǎn)。1.3.3低溫精餾法我們公司采用的是低溫精餾法，因?yàn)榍岸卟荒芡瑫r(shí)產(chǎn)出大量的高質(zhì)量的氣體。只有低溫精餾法能夠滿足大批量高純度的生產(chǎn)需要。低溫精餾法是利用多組分構(gòu)成的液體介質(zhì)，各組分沸點(diǎn)的不同，進(jìn)行多次部分冷凝和多次部分蒸發(fā)，從而逐步達(dá)到分離的目的。低溫精餾法的特點(diǎn)：產(chǎn)量大：目前國(guó)內(nèi)最大的制氧機(jī)的制氧能力為90000m3/h，國(guó)外最大的制氧機(jī)在巴西，制氧能力為120000m3/h。 氧氣和氮?dú)饧兌雀撸貉鯕獾募兌瓤蛇_(dá)99.6%以上，氮?dú)饧兌瓤蛇_(dá)99.999%；電耗低；適

11、宜大規(guī)模生產(chǎn)；可以同時(shí)生產(chǎn)氬氣等稀有氣體。2.低溫空氣分離的原理2.1.O2、N2、Ar的沸點(diǎn)沸點(diǎn)：在一定壓力下，液體溫度達(dá)到沸騰時(shí)的溫度。壓力越高，沸點(diǎn)越高；壓力越低，沸點(diǎn)越低。1）O2沸點(diǎn)： -183（90K）2）N2沸點(diǎn)： -196 (77K)3）Ar沸點(diǎn)： -186（87K）4）液空的沸點(diǎn)： -191（82K）5）液空的冷凝點(diǎn)： -194（79K） 結(jié)論：氧氣沸點(diǎn)比氮?dú)飧撸援?dāng)加熱液態(tài)空氣時(shí)，液態(tài)空氣中的液氮先蒸發(fā)！ 結(jié)論：加熱液體空氣時(shí)，液態(tài)空氣中的含氧量增加！隨著溫度的升高，液空中的氮?dú)庹舭l(fā)的多，液相中的氧含量逐漸上升，氣相中的氮含量逐漸下降。到 -191，此時(shí)的液相氧濃度為53

12、%，氣相氮濃度為：78%；但到此溫度時(shí)，液空即將蒸發(fā)完！這也是為什么不能用簡(jiǎn)單的蒸發(fā)而取得純氧的原因！空分的純氧是采用多級(jí)精餾取得的。2.2.空氣分離原理 2.3空分的流程從以上的空氣分離原理得知：空氣分離的一個(gè)必要條件是要有液空！大家知道：氣體在高壓、低溫下易液化！精餾需要：高壓！低溫！提高壓力的設(shè)備 壓縮機(jī)及增壓機(jī)產(chǎn)生低溫（冷量）的設(shè)備-膨脹機(jī)空分的基本流程（方框圖）壓縮預(yù)冷凈化膨脹制冷O氧氣2N2Ar提高氣體壓力降低空氣溫度，除去水分、二氧化碳等碳?xì)浠衔镏评?，為產(chǎn)生液空做準(zhǔn)備精 餾+壓縮機(jī)單元過(guò)濾器空壓機(jī)汽輪機(jī)增壓機(jī)過(guò)濾大氣中的固體雜質(zhì)初步提高原料空氣壓力為空壓機(jī)增壓機(jī)提供驅(qū)動(dòng)力進(jìn)一步

13、提高原料空氣壓力+預(yù)冷凈化單元水冷塔空冷塔分子篩純化器+用空分產(chǎn)出的污氮?dú)庵迫±鋬鏊?用冷凍水冷卻空壓機(jī)出口氣體溫度溫度降低后的原料空氣進(jìn)分子篩，以除去其 中的H2O、CO2乙炔、其他碳?xì)浠衔锱蛎浿评鋯卧蛎洐C(jī)輸出功W能量（溫度）一定的空氣Q1空氣能量（溫度）降低為Q2=W T2T1 主要設(shè)備 -膨脹機(jī) 空分中冷量的主要來(lái)源 膨脹機(jī)的制冷原理： 膨脹機(jī)的制冷原理：精餾單元+上塔下塔換熱器+泵及閥門+精餾產(chǎn)生液氧、氧氣精餾產(chǎn)生富氧液空、液氮、氮?dú)獾谌?jié) 我公司空分裝置主要工藝參數(shù)及流程一、我公司空分裝置主要產(chǎn)品規(guī)格GOX90000Nm3/ h 空分裝置（單套、考核工況）產(chǎn)品名稱產(chǎn)量(Nm3/h

14、)純度(vol)使用方式壓力MPa (G)溫度（）備注氧氣I88,00099.6%O2連續(xù)8.5常溫液氧泵內(nèi)壓縮氧氣II60099.6%O20.5環(huán)境從8.5Mpa減壓液氧80099.6%O2入貯槽氮?dú)?5,00010ppmO2連續(xù)0.4環(huán)境常溫壓力塔抽壓力氮?dú)獾獨(dú)釯I2,70010ppmO2連續(xù)6.0環(huán)境溫后備系統(tǒng)直接抽取液氮100010ppmO2連續(xù)入貯槽常溫儀表空氣8,000無(wú)塵無(wú)油，露點(diǎn)40間斷0.7常溫常溫增壓機(jī)一級(jí)直接抽取工廠空氣5000同上連續(xù)0.45常溫常溫從分子篩后抽出注：1.所有產(chǎn)量單位Nm3/h，是在0和0.1013MPa(A) 條件下測(cè)得體積流量；2.以上測(cè)量為在冷箱出

15、開口處測(cè)量；3.成套裝置的變負(fù)荷能力范圍75105。二裝置工況消耗備注：設(shè)計(jì)工況為合同定義的保證工況，為統(tǒng)計(jì)氮?dú)釯的產(chǎn)量增加引起的能耗增加；儀表氣吹除氣和密封氣均由裝置自供，其中吹處氣和密封氣為同一股氣；高壓蒸汽耗量包含汽輪機(jī)高壓密封氣耗量，中壓蒸氣做汽輪機(jī)密封氣使用；峰值，間斷運(yùn)行，周期平均2461kg/h；儀表空氣用于膨脹機(jī)的機(jī)殼防結(jié)冰。三GOX90000Nm3/h空分裝置主要技術(shù)數(shù)據(jù)1.空壓機(jī)排氣量 約 456900 Nm3/h 負(fù)荷范圍 75-105 相對(duì)濕度 70 % 進(jìn)口壓力 約0.088 MPa（A） 出口壓力 約 0.624 MPa（A）冷卻水進(jìn)口溫度 32 冷卻水回水溫度 4

16、2 2.增壓空氣壓縮機(jī) 增壓機(jī)一段吸入量 約(248562 Nm3/h) 吸入壓力 約0.605 MPa(A) 排氣壓力 3.0MPa(A)注：其中所需0.7MPaG的儀表空氣8000 Nm3/h是從增壓機(jī)一段1級(jí)后抽取。 二段吸入量 約 102760 Nm3/h 吸入壓力 約3.0 MPa(A) 排氣壓力 7.3 MPa(A)3.蒸汽透平驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)一臺(tái)蒸汽透平機(jī)進(jìn)口，單缸，多級(jí)式，水平剖分式機(jī)箱，整體式鍛制轉(zhuǎn)子，雙出軸，用于驅(qū)動(dòng)原料空氣壓縮機(jī)和增壓空氣壓縮機(jī)。輔機(jī)為手動(dòng)盤車，空冷器凝汽系統(tǒng)等。 進(jìn)汽壓力 8.9-9.2MPa(G) 進(jìn)汽溫度 510-530 蒸汽消耗 208000kg/h4.

17、膨脹機(jī)技術(shù)參數(shù) （1）.增壓端 工 質(zhì)： 空氣 氣 量：Nm3/h（，0.101325MPa） 137402 進(jìn)口壓力：MPa（A） 2.998 出口壓力：MPa（A） 4.298 （2）.膨脹端 工 質(zhì)： 空氣 氣 量：Nm3/h（，0.101325MPa） 137002 進(jìn)口壓力：MPa（A） 4.283 出口壓力：MPa（A） 0.58 絕熱效率： 86% 四 . GOX90000Nm3/h空分裝置的工藝說(shuō)明1.空分流程簡(jiǎn)述本公司GOX90000Nm3/h空分裝置采用分子篩凈化空氣，空氣增壓循環(huán)，空氣增壓制動(dòng)膨脹及膨脹空氣進(jìn)壓力塔的液氧泵內(nèi)壓縮流程。低壓塔采用規(guī)整填料塔。2.1.空氣過(guò)濾

18、用自潔式空氣過(guò)濾器（1104.46.BS1）去除粉塵及機(jī)械雜質(zhì)。2.2 空氣壓縮空氣由一臺(tái)多級(jí)透平壓縮機(jī)（1101）壓縮至工藝所需壓力。空壓機(jī)負(fù)荷主要通過(guò)調(diào)節(jié)空壓機(jī)入口導(dǎo)葉的角度實(shí)現(xiàn)，以滿足空分變負(fù)荷操作時(shí)平穩(wěn)的要求。2.3空氣預(yù)冷壓縮空氣經(jīng)過(guò)空氣冷卻塔（2401.16.BE1）與冷卻水直接接觸，得到冷卻與洗滌。空氣冷卻塔分為兩段，空氣在下段經(jīng)循環(huán)水預(yù)冷后進(jìn)空冷塔上段被冷凍水進(jìn)一步冷卻后出空冷塔。冷卻水可同時(shí)洗滌空氣中可溶于水的化學(xué)雜質(zhì)。上段冷凍水為蒸發(fā)冷卻器（2401.17.BE1）用來(lái)自于冷箱低壓塔的污氮?dú)饫鋮s冷卻后的循環(huán)水。本流程不需配置冷凍機(jī)。通過(guò)循環(huán)水泵（2401.66A/B.BP1

19、）將循環(huán)水打入空氣冷卻塔（2401.16.BE1）中部。通過(guò)冷凍水泵（2401.67A/B.BP1）將冷凍水打入空氣冷卻他（2401.16.BE1）上部。2.4空氣純化經(jīng)空氣冷卻塔冷卻并洗滌后的空氣進(jìn)入空氣純化系統(tǒng)，空氣中的水蒸氣，CO2以及潛在危險(xiǎn)的碳?xì)浠衔铩Ｑ醯衔锏缺粌膳_(tái)交替使用的分子篩吸附器（2601.26A/BBA1）吸附掉. 吸附器由經(jīng)蒸汽加熱器（2602.17.BE1）及加熱好的污氮?dú)庠偕?，污氮?dú)鈦?lái)自分餾塔。從分子篩吸附器出來(lái)后抽取400Nm3/h儀表空氣作為空分自用，同時(shí)抽取5000Nm3/h，0.45MPa（G）空氣量作為工廠空氣送出界區(qū)?？辗盅b置加溫解凍氣源為空分裝置出

20、分子篩吸附器的干燥凈化空氣。2.5內(nèi)壓縮循環(huán)和產(chǎn)冷一部分純化空氣直接進(jìn)入冷箱，在低壓主換熱器（3002.17.BE1）中被冷卻至接近露點(diǎn)溫度，然后再送入壓力塔（3001.11.BT1）底部。另一部分純化空氣進(jìn)入空氣增壓機(jī)（1201）進(jìn)一步壓縮，以便為內(nèi)壓縮產(chǎn)品提供加熱氣流?？諝庠鰤簷C(jī)（1201）第1級(jí)出口抽取8000Nm3/h.0.7Mpa（G）增壓空氣作為儀表氣送出界區(qū)。空氣增壓機(jī)（1201）第1段出來(lái)分成兩股： 一股增壓空氣經(jīng)膨脹機(jī)增壓端（3402.22.BC1）再次增壓后經(jīng)增壓端冷卻器（3402.20.BE1）冷卻后進(jìn)入冷箱內(nèi)高壓主換熱器（3002.16.BE1），冷卻后從中部抽出送往透

21、平膨脹機(jī)（3401.17.BX1）。裝置主要產(chǎn)冷由增壓制動(dòng)透平膨脹機(jī)（3401.71.BX1）完成膨脹后空氣進(jìn)入壓力塔（3001.11.BT1）。另一股增壓空氣經(jīng)空氣增壓機(jī)（1201）第2段繼續(xù)壓縮后進(jìn)入冷箱內(nèi)高壓換熱器（3002.16.BE1），冷卻后通過(guò)高壓節(jié)流進(jìn)壓力塔（3001.11.BT1）。 2.6空氣分離和氧氮制取在壓力塔（3001.11.BT1）空氣經(jīng)過(guò)預(yù)分離，在頂部得到純氮?dú)猓撞康玫礁谎跻嚎?。壓力塔?001.11.BT1）底部富氧液空經(jīng)過(guò)冷器過(guò)冷后從過(guò)冷器（3001.16.BE1）中部抽出送往低壓塔中下部，接近壓力塔（3001.11.BT1）底部抽出的液空，經(jīng)過(guò)冷器（300

22、1.16.BE1）過(guò)冷后從過(guò)冷器中部抽出送往低壓塔（3001.12.BT1）中部，作為低壓塔中部的回流液壓力塔（3001.11.BT1）中部抽出的污液氮通過(guò)離心式液氮泵（3023.66A/B.BP1）加壓，經(jīng)過(guò)過(guò)冷器（3001.16.BE1）過(guò)冷后送往低壓塔頂部作為回流液。壓力塔頂部氣氮進(jìn)入多層浴式冷凝蒸發(fā)器（3001.26.BD1）中被冷凝。冷凝器出來(lái)的液氮一部分作為壓力塔提供所需的回流液。另外抽取1000Nm3/h液氮經(jīng)過(guò)冷器過(guò)冷后作為液氮產(chǎn)品（LIN）送往貯槽。從壓力塔（3001.11.BT1）頂部抽取15000Nm3/h的純氮?dú)饨?jīng)過(guò)高壓主換熱器復(fù)熱后作為0.40MPa（G）的氮?dú)釯產(chǎn)品

23、送出界區(qū)。另外抽取400 Nm3/h的壓力氮作為空分密封氣。低壓塔（3001.12.BT1）頂部的污氮?dú)饨?jīng)過(guò)冷器（3001.16.BE1）后在低壓主換熱器（3002.17.BE1）和高壓主換熱器（3002.16.BE1）中被復(fù)熱，出冷箱后分別被用作分子篩再生加熱器（2602.17.BE1）的再生氣和氮水蒸發(fā)冷卻塔（2401.17.BE1）冷媒。在低壓塔經(jīng)最終分離精餾后在多層浴式冷凝蒸發(fā)器（3001.26.BD1）底部得到純液氧。 冷凝蒸發(fā)器（3001.26.BD1）抽取液氧通過(guò)離心式液氧泵（3021.68A/B.BP1）加壓，分兩股經(jīng)高壓主換熱器氣化后復(fù)熱，其中一股88000Nm3/h,8.5

24、MPa（G）作為氧氣產(chǎn)品I送往界區(qū)另一股600 Nm3/h,0.5作為氧氣II產(chǎn)品（PGOX）送往界區(qū)。另外800Nm3/h液氧經(jīng)過(guò)冷器過(guò)冷后作為液氧產(chǎn)品送往液氧貯槽。本工藝流程中設(shè)有從液氮貯槽引一股液氮回流至冷箱壓力塔頂部，用于開車時(shí)加快裝置啟動(dòng)時(shí)間。2.7貯槽系統(tǒng) 2.7.1液氧貯存系統(tǒng)液氧貯存系統(tǒng)配置1臺(tái)300m3液氧貯槽和一臺(tái)液氧充車泵。液氧貯槽接收來(lái)自冷箱主冷凝蒸發(fā)器底部的液氧并貯存，液氧充車泵用于槽車灌充外運(yùn)。2.72液氮貯存系統(tǒng)液氮貯存系統(tǒng)配置1臺(tái)600m3液氮貯槽和1臺(tái)液氮充車泵。液氮貯槽接收來(lái)自過(guò)冷器后液氮并貯存，液氮充車泵用于槽車灌充外運(yùn)。液氮貯存系統(tǒng)另外配置一臺(tái)3000N

25、m3/h,6.0MPa（G）的液氮泵和一臺(tái)相應(yīng)流量壓力的水浴式汽化器，其中2700Nm3/h,6.0MPa（G）的氮?dú)庾鳛榈獨(dú)釯I產(chǎn)品送往界區(qū)，另外300Nm3/h,6.0MPa的氮?dú)饨?jīng)減壓后空分裝置自用。3 本裝置空分流程特點(diǎn)以下為本裝置的主要特點(diǎn)及林德所采用的設(shè)計(jì)：分子篩吸附器采用有多套安全運(yùn)行實(shí)績(jī)的新技術(shù)單層立式徑向流類型，以吸附空氣中的水蒸氣，二氧化碳，乙炔，丙烯，丁烷，丁烯和N2O等物質(zhì)。使空分裝置在安全可靠地運(yùn)行的前提下提高吸附效率并節(jié)省了占地面積。用空氣增壓機(jī)增壓空氣為內(nèi)壓縮產(chǎn)品提供熱源。采用中壓膨脹機(jī)制冷。規(guī)整填料塔，低壓塔采用規(guī)整鋁填料。采用多層浴式冷凝蒸發(fā)器節(jié)省了能耗（約1

26、.5），兼有水浴式主冷和降膜式主冷的優(yōu)點(diǎn)，但其制造要求高，體積大。高壓氧氣產(chǎn)品采用液氧泵內(nèi)壓縮。同時(shí)用于氧氣產(chǎn)品以液態(tài)方式抽取，從而使碳?xì)浠衔锱c氧氮化合物在主冷凝蒸發(fā)器中富集的可能性降低到最低點(diǎn)。中壓氮?dú)猱a(chǎn)品從壓力塔頂部抽取，節(jié)省能耗。配置液氮回灌管線，以縮短空分裝置啟動(dòng)時(shí)間。第二章 空氣的凈化第一節(jié) 概述1、空分凈化的發(fā)展 鋁帶蓄冷器凍結(jié)高低壓流程 (第一代空分) ； 石頭蓄冷器凍結(jié)全低壓流程(第二代空分)； 切換式換熱器凍結(jié)全低壓流程(第三代空分)； 常溫分子篩凈化全低壓流程(第四代空分)； 常溫分子篩凈化增壓膨脹流程(第五代 空分)；常溫分子篩凈化填料型上塔全精餾制氬流程（第六代空分）

27、。 2、 原料空氣凈化原理 概述：凈化與分離都是將氣體混合物組分彼此分開。但在習(xí)慣上，凈化與分離是有區(qū)別的：從氣體中脫除含量比較少的氣相雜質(zhì)，這個(gè)操作過(guò)程稱為凈化；如果將混合氣體中含量比較多的組分彼此分開，這個(gè)操作過(guò)程稱為分離。低溫裝置中，原料氣內(nèi)一般都含有雜質(zhì)，這些雜質(zhì)必須盡可能地除去。 1）、凈除雜質(zhì)的目的 低溫裝置中，原料氣內(nèi)一般都含有雜質(zhì)，這些雜質(zhì)必須盡可能地除去。凈除雜質(zhì)的目的是：（a）防止雜質(zhì)在局部地區(qū)凍結(jié)，致使設(shè)備、管路堵塞，裝置不能正常運(yùn)行；（b）除去危險(xiǎn)的爆炸物；（c）提高原料氣的純度；（d）防止雜質(zhì)腐蝕設(shè)備。因此，氣體的凈化設(shè)備是低溫裝置內(nèi)不可缺少的一個(gè)組成部分。2）、氣體

28、的凈化主要采用下列幾種方法： a、吸收法：吸收法是以溶液吸收為基礎(chǔ)，使氣體與吸收溶液互相接觸，氣體中的雜質(zhì)被吸收劑所吸收。被吸收的物質(zhì)是可以溶于液體中，或者與液體起化學(xué)反應(yīng)。b、吸附法：利用氣體在多孔性固體表面上積聚的特性，使雜質(zhì)吸附在固體吸附劑表面進(jìn)行脫除。 c、冷凝法：冷凝法是用來(lái)將氣體轉(zhuǎn)變成液體的一種方法，由于多組分混合氣體中各組分的冷凝溫度不同，在冷凝過(guò)程中高沸點(diǎn)組分先凝結(jié)出來(lái)，混合氣體的組分也就發(fā)生了變化，得到高純度的組分。用冷凝法可以脫除沸點(diǎn)高的雜質(zhì)，冷卻溫度越低，這些雜質(zhì)被清除的程度就越高，但消耗的費(fèi)用也越大。 d、催化法：通過(guò)某種適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)反應(yīng)，使雜質(zhì)轉(zhuǎn)化成無(wú)害的化合物，因而可

29、留在氣相內(nèi)；或者轉(zhuǎn)化成比原來(lái)的雜質(zhì)更易除去的化合物，以便達(dá)到脫除的目的。雜質(zhì)的化學(xué)催化都是使用固體催化劑，由非均相催化反應(yīng)實(shí)現(xiàn)的。 e、薄膜滲透法：利用某些薄膜的各種氣體組分具有選擇擴(kuò)散的特點(diǎn)以除去雜質(zhì)。 上述方法都可以用來(lái)清除氣體雜質(zhì)如果氣體內(nèi)含有固體塵粒，它能引起設(shè)備的磨損，堵塞和密封不良。此時(shí)需設(shè)置固體塵粒的凈除裝置-除塵裝置。 3、除塵 1)、從氣體與微粒混合物中分離粒子的操作稱除塵。從空氣中分離、捕集微粒的設(shè)備稱除塵裝置。 一般直徑為100m以上的粒子由于重力作用很快地降落殆盡，不存在分離問(wèn)題。另一面0.lm以下的粒子還不構(gòu)成嚴(yán)重問(wèn)題。目前作為除塵對(duì)象的粒子粒徑在100m至0.lm之

30、間，其中100m以下，10m以上的粒子易于分離，困難的是10m至0.1m，特別是5m以下粒子。 2)、除塵裝置性能包括流量、壓力損失以及除塵效率，此外，也包括除塵裝置的耐用年限以及保養(yǎng)難易等，對(duì)于一定的除塵裝置。除塵效率隨著需捕集的塵粒種類、粒度、濃度和操作條件的不同而變化?？諝庵泻谢覊m及少量的水蒸氣、二氧化碳、乙炔和碳?xì)浠衔锏葰怏w。他們?cè)诘蜏貤l件下從空氣中析出，積聚在空分裝置的一定區(qū)域內(nèi)，堵塞設(shè)備、甚至引起爆炸，影響操作和安全。為了提高運(yùn)行的安全鄉(xiāng)、可靠性和經(jīng)濟(jì)性，設(shè)置專門的凈化設(shè)備、清除空氣中的機(jī)械雜質(zhì)極少量的水蒸氣、二氧化碳、乙炔等有害物質(zhì)。第二節(jié) 固體雜質(zhì)的清除空氣中含有灰塵等機(jī)械

31、雜質(zhì)，其含量在0.0050.01g/m3之間變動(dòng)。如果空氣壓縮機(jī)直接吸入空氣，機(jī)械雜質(zhì)就會(huì)損壞空氣壓縮機(jī)葉片、氣缸，也能造成設(shè)備、閥門、管線的阻塞，因此在空壓機(jī)的入口管道上設(shè)置空氣過(guò)濾器、清除機(jī)械雜質(zhì)。 圖1.脈沖反吹自潔式過(guò)濾器自潔式空氣過(guò)濾器的結(jié)構(gòu)及原理：1) 構(gòu)成：自潔式過(guò)濾器由高效過(guò)濾筒、文氏管、自潔專用噴頭、反吹系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、凈氣室和出風(fēng)口、框架等組成。 2)過(guò)濾過(guò)程：在壓縮機(jī)吸氣負(fù)壓作用下，吸入周圍的環(huán)境空氣。當(dāng)空氣穿過(guò)高效過(guò)濾筒時(shí)，粉塵由于重力、靜電和接觸等阻留在濾筒外表面，凈化空氣進(jìn)入凈氣室，然后經(jīng)出風(fēng)管出。3)自潔過(guò)程：當(dāng)電腦發(fā)出指令，電磁閥啟動(dòng)并驅(qū)動(dòng)隔膜閥，瞬間釋放一股壓

32、力為0.40.6Mpa的脈沖氣流經(jīng)專用噴頭整流噴出，文氏管卷吸、密封、膨脹從濾筒內(nèi)部均勻地外沖擊，將積聚在濾筒外表面的粉塵吹落，自潔過(guò)程完成。清灰控制有3種方式：a、定時(shí)定位，可任意設(shè)定間隔時(shí)間和自潔時(shí)間；b、差壓自潔，當(dāng)壓差超指標(biāo)時(shí)，進(jìn)入自動(dòng)連續(xù)自潔；c、手動(dòng)自潔，當(dāng)電控箱不工作或粉塵較多時(shí)，可采用手動(dòng)自潔。過(guò)濾筒，采用進(jìn)口RK-300高效防水過(guò)濾紙，經(jīng)特殊工藝生產(chǎn)而成。自帶前置過(guò)濾網(wǎng)，防止柳絮、樹葉及廢紙吸入，延長(zhǎng)濾筒使用壽命。采用電腦控制機(jī)電一體化，安裝簡(jiǎn)單便捷，只需配管通電、通氣即可工作。其工作過(guò)程是空氣自上而下從過(guò)濾器里向外流濾布向外流動(dòng)進(jìn)入空壓機(jī)入口，機(jī)械雜質(zhì)附著在過(guò)濾器里表面，當(dāng)

33、機(jī)械雜質(zhì)附著在過(guò)濾布上的量較多時(shí)，其過(guò)濾器阻力增加，當(dāng)阻力達(dá)到850Pa時(shí)，從純化器后抽出一股0.52MPa(G)的空氣進(jìn)行反吹，清除附著在濾布口的機(jī)械雜質(zhì)，阻力達(dá)到350Pa時(shí)自動(dòng)關(guān)閉；定期將機(jī)械雜質(zhì)從集灰斗內(nèi)清出。第三節(jié) 空氣的純化一、空氣純化原理1、原理空氣純化是利用沸石分子篩的選擇吸附特性，按照變溫變壓（TSA、PSA）吸附原理，吸附空氣中水蒸氣，二氧化碳，乙炔等有害成分。分子篩純化系統(tǒng)由兩只內(nèi)裝吸附劑（13X和Al2O3）的兩只吸附器以及切換閥門管道系統(tǒng)構(gòu)成。來(lái)自預(yù)冷系統(tǒng)的含濕飽和空氣首先自下而上流經(jīng)其中一只吸附器，在加壓條件下空氣中的水分、二氧化碳、乙炔等被分子篩吸附，由于分子篩的

34、用量一定，因此在一定時(shí)間內(nèi)，分子篩的吸附容量將達(dá)到飽和，即吸附床層穿透，分子篩無(wú)繼續(xù)吸附能力。此時(shí)，通過(guò)自動(dòng)切換閥門的開關(guān)順序，空氣轉(zhuǎn)而進(jìn)入另一只吸附器繼續(xù)吸附，原先吸附飽和的吸附器，首先向大氣泄壓至常壓再引入被加熱的污氮?dú)庖耘c吸附工況相反的氣體流向?qū)ξ狡鞔矊蛹訜?。原先被吸附分子篩吸附劑顆粒內(nèi)部的吸附質(zhì)由于溫度升高而解吸出來(lái)，在熱流氣體的推動(dòng)下被解吸出來(lái)的水蒸氣、二氧化碳、乙炔等被趕出吸附床外。由于此時(shí)吸附劑床層的溫度很高，不適合下個(gè)循環(huán)周期吸附，因此在完成加熱時(shí)間后，須引入未經(jīng)加熱的空氣或污氮?dú)怏w對(duì)吸附床層進(jìn)行吹冷，使吸附劑床層的溫度降低到接近吸附時(shí)的溫度。至此，吸附器的再生工況完成，準(zhǔn)備

35、下次吸附。兩只吸附器就是如此交替輪流吸附和再生工況，從而實(shí)現(xiàn)空氣的連續(xù)凈化。2、專業(yè)術(shù)語(yǔ)或概念2.1分子篩具有均一微孔結(jié)構(gòu)，并且能選擇性地吸附直徑小于其微孔孔徑的氣體分子的固體吸附劑。主要組成成分為硅鋁酸鹽。分子篩廣泛應(yīng)用于氣體分離和氣體純化。分子篩合成屬高分子化工領(lǐng)域，其性能指標(biāo)涉及硅鋁比、吸附容量、抗壓強(qiáng)度、孔隙容積、比表面積、堆積密度、顆粒尺寸等性能參數(shù)。沸石分子篩的硅鋁比越高，分子篩抗酸堿的能力就越強(qiáng)，但一味提高硅鋁比又會(huì)降低其吸附性能。X型分子篩的硅鋁比為1到1.5，可吸附的氣體包括：氧氣，氮?dú)?，氪，氙，酸性氣體，可溶性有機(jī)氣體。13X的微孔直徑10A（10-10米=1A）。2.2

36、分子篩種類分子篩按照其晶體結(jié)構(gòu)分為：A型分子篩（3A，4A，5A）、八面沸石（X型，Y型）、絲光沸石、斜發(fā)沸石等。2.3 分子篩中毒所謂的分子篩中毒是指分子篩吸附某一組分物質(zhì)后，不能可逆解吸。幾乎永久喪失其吸附能力，我們把這種現(xiàn)象稱為分子篩中毒。在使用分子篩時(shí)，應(yīng)盡力避免被處理的工藝氣體中含有易使分子篩中毒的吸附質(zhì)，如：SO2，NOX，Cl2，HCl，HF等。 圖2.立式徑向流純化器結(jié)構(gòu)示意圖外分布筒，內(nèi)分布筒，中心集氣管純化器出口的常壓露點(diǎn)：-70純化器出口的二氧化碳含量：1ppm2.4純化系統(tǒng)的主要設(shè)備 1）、吸附器 吸附器是該系統(tǒng)中的主要設(shè)備，內(nèi)裝吸附劑。 按絕熱方式分為：內(nèi)絕熱和外絕熱

37、 。按型式分類：立式吸附器、臥式吸附器和徑向流吸附器。臥式吸附器在工作時(shí)，氣流是由下向上或由上向下，其流通截面是一個(gè)平行于筒體軸線的近似矩形平面，該截面的大小受吸附器直徑和長(zhǎng)度的限制，氣流分布的均勻一旦受到影響，整個(gè)吸附床層很容易出現(xiàn)局部穿透，在吸附周期內(nèi)，水份和二氧化碳將出現(xiàn)超標(biāo)。 2）、吸附劑和吸附： a、吸附：一種物質(zhì)在另一種多孔性物質(zhì)表面發(fā)生凝聚的現(xiàn)象 一切固體都有吸附能力，但并不都是吸附劑。吸附劑必須具備適當(dāng)?shù)谋砻娼Y(jié)構(gòu)、表面積、孔隙大小和分布，使其具有很強(qiáng)的吸附力。空分設(shè)備中為凈化空氣常用的吸附劑有硅膠、活性氧化鋁、分子篩。 b、吸附容量的大小受多種因素的影響，主要有：吸附過(guò)程的溫度

38、和被吸附組分的分壓(或濃度)。氣體流速：流速越高，吸附效果越差，吸附劑的動(dòng)吸附容量越小。流速不僅影響吸附能力，而且影響氣體的干燥程度。氣體濕度：分子篩對(duì)相對(duì)濕度較低的氣體干燥能力較大。與活性氧化鋁和硅膠相比，當(dāng)相對(duì)濕度較低時(shí)，分子篩對(duì)水份仍然具有良好的吸附能力。 吸附劑再生完善程度：吸附劑解吸再生越徹底，吸附容量就越大，反之越小。而再生的完善程度與再生溫度有關(guān)(應(yīng)在吸附劑熱穩(wěn)定性溫度允許的范圍內(nèi))，也與再生氣體中含有多少吸附質(zhì)有關(guān)。二、純化系統(tǒng)1、純化系統(tǒng)流程該系統(tǒng)主要由兩臺(tái)吸附器、一臺(tái)蒸汽加熱器。分子篩吸附器為立式徑向流吸附器，兩只吸附器切換工作。由空氣冷卻塔來(lái)的空氣，經(jīng)吸附器除去其中的水份

39、、CO2及其它一些CnHm后，除一部分進(jìn)入增壓壓縮機(jī)增壓及用作儀表空氣、裝置空氣之外，其余均全部進(jìn)入分餾塔。當(dāng)一臺(tái)吸附器工作時(shí)，另一臺(tái)吸附器則進(jìn)行再生、冷吹備用。由分餾塔來(lái)的污氮?dú)猓?jīng)蒸汽加熱器加熱后，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)獯道?，然后排入大氣。吸附器吸附再生循環(huán)如圖3所示。圖3 分子篩吸附器吸附再生循環(huán)高溫再生時(shí)，再生氣經(jīng)蒸汽加熱器及電加熱器加熱后，入吸附器加熱再生。經(jīng)吸附器純化后的空氣水含量在70露點(diǎn)以下，CO21PPm。吸附器的再生一般分4步進(jìn)行。第一步：降壓(卸壓)；第二步：加熱(用加熱的干燥氣體吹掃吸附劑)；第三步：吹冷(用未經(jīng)加熱的干燥

40、氣體吹掃吸附劑)；第四步：升壓(均壓)。 a、降壓(卸壓)：吸附器在工作周期即將結(jié)束時(shí)，須將容器內(nèi)的帶壓空氣排放出去。此步完成時(shí)間一般在612min。 b、加熱：污氮?dú)饨?jīng)加熱器加熱至160以上(考慮到2年以上的連續(xù)運(yùn)行，加熱器常采用一用一備)，干燥的熱污氮?dú)庠谖狡魅肟谔幍臏囟仍?50以上，自上而下通過(guò)吸附器。 c、吹冷：吹冷用的污氮?dú)獠唤?jīng)過(guò)加熱器而旁通進(jìn)入吸附器。吹冷初期，污氮?dú)獬鑫狡鞯臏囟葧?huì)繼續(xù)上升,待上升至100左右后就逐漸下降，吹冷污氮?dú)獬鑫狡鳒囟瓤上陆抵帘裙ぷ鳒囟雀?10。 d、升壓(均壓)：使正在工作的一只吸附器中的空氣充入即將再生完畢的一只吸附器中，吸附劑再生是一個(gè)吸熱過(guò)程。

41、空分純化系統(tǒng)之所以能夠連續(xù)切換循環(huán)工作正是基于此機(jī)理實(shí)現(xiàn)的?？辗旨兓飨到y(tǒng)的吸附劑在吸附期間，床層溫度由于吸附熱通常將上升36甚至更高，床層溫升與原料空氣進(jìn)吸附器的溫度有關(guān)，進(jìn)氣溫度越高，床層上升的溫度也越高。然而解吸期間當(dāng)壓差連鎖PdS0時(shí)，說(shuō)明再生吸附器的壓力與工作吸附器的壓力已經(jīng)均衡，升壓便結(jié)束。為避免氣流沖擊吸附劑床層，使床層發(fā)生移動(dòng)或摩擦，故升壓要緩慢。此步完成時(shí)間一般在1224min。 吸附劑吸附過(guò)程是一個(gè)放熱過(guò)程，吸附劑解析正好相反。再生加熱初期，吸附器出口將出現(xiàn)溫度急劇下降，可以降到0以下?？辗衷O(shè)備啟動(dòng)時(shí)，沒(méi)有可供再生用的污氮?dú)?，可用部分已被凈化的空氣再生?2、分子篩純化系統(tǒng)

42、幾個(gè)常用的概念： a、吸附溫度 吸附溫度是指來(lái)自預(yù)冷系統(tǒng)的空氣進(jìn)到吸附器入口時(shí)的溫度。通常在820的范圍內(nèi)。(如果是帶冰機(jī)流程，該溫度通常在59；如果是不帶冰機(jī)流程，該溫度通常在1220。b、吸附壓力 吸附壓力是指純化器正常工作時(shí)或最低的工作壓力(工藝壓力)。單位：巴（bar）。吸附壓力越低，則吸附劑吸附容量越低，進(jìn)到吸附器內(nèi)空氣的含水量越多，需要的再生氣量增加，再生能耗增大。 c、吸附（切換）周期 習(xí)慣上，吸附周期指單臺(tái)純化器從吸附開始到吸附結(jié)束時(shí)所經(jīng)歷的時(shí)間（單位：小時(shí)）。嚴(yán)格地講，應(yīng)該稱為半周期。因?yàn)橐粋€(gè)完整周期應(yīng)包括：吸附、泄壓、加熱、吹冷、充壓五個(gè)步驟。吸附（半）周期=加熱+吹冷+充

43、壓+泄壓。 d、二氧化碳含量 純化系統(tǒng)的二氧化碳含量包括：原料空氣的二氧化碳含量和純化后空氣的二氧化碳含量。以PPM（V）即體積百萬(wàn)分比表示。吸附器進(jìn)口空氣的二氧化碳含量通常為350400ppm；吸附器凈化后空氣出口的二氧化碳含量（凈化指標(biāo)）小于1ppm。e、露點(diǎn)露點(diǎn)溫度（簡(jiǎn)稱露點(diǎn)）是指空氣中水氣含量不變，氣壓一定時(shí)，通過(guò)降低氣溫使空氣達(dá)到飽和時(shí)的溫度，稱為露點(diǎn)溫度，單位為。吸附器出口空氣的含水量可達(dá)到相當(dāng)于常壓露點(diǎn)-70，即水蒸氣含量2.58ppm（V），相當(dāng)于-20時(shí)每立方米空氣含0.001936g的水份。 f、再生溫度 再生溫度是指吸附器吸附完成，泄壓之后，經(jīng)蒸汽加熱器后的空氣或污氮?dú)怏w

44、進(jìn)到吸附器入口的溫度。通常為：正常再生150200；高溫再生(活化)250以上。 3、純化系統(tǒng)常見故障及排除純化系統(tǒng)故障表現(xiàn)是多方面的，由于單個(gè)或多種原因造成的最終結(jié)果不外乎歸結(jié)到兩個(gè)方面：3.1、二氧化碳含量超標(biāo)3.2、水分含量高（常壓露點(diǎn)高）事故分析之前，應(yīng)弄清各個(gè)控制點(diǎn)的設(shè)計(jì)參數(shù)規(guī)定，具體的各個(gè)方面因素羅列如下： 項(xiàng)目序號(hào)故障現(xiàn)象原因分析解決措施1吸附壓力偏低a.閥門泄露b.預(yù)冷系統(tǒng)氣源壓力低a.檢查閥門b.檢查預(yù)冷系統(tǒng)2再生氣出蒸汽加熱器溫度不夠a.蒸汽量不夠b.換熱管污垢阻力過(guò)大a.加大蒸汽量b.清洗換熱管3再生氣出現(xiàn)含水量蒸汽泄露檢查蒸汽加熱器換熱管束4出電加熱器溫度偏低電熱管損壞

45、更換電熱管5純化器出口露點(diǎn)偏高a.再生溫度（氣量）不夠，再生不徹底b.疏水閥不自動(dòng)排污a.提高再生溫度（氣量）b.檢查疏水閥6二氧化碳含量超標(biāo)再生溫度(氣量)不夠吹冷時(shí)間不夠吸附壓力不夠吸附溫度偏高二氧化碳分析儀不準(zhǔn)分子篩性能老化提高再生溫度（氣量）延長(zhǎng)吹冷時(shí)間同第1條檢查預(yù)冷系統(tǒng)檢查或校對(duì)二氧化碳分析儀a.更換吸附劑; b.縮短吸附周期第三章 空氣預(yù)冷卻系統(tǒng)空氣預(yù)冷系統(tǒng)是空氣分離設(shè)備之配套系統(tǒng)，它是串接于空氣壓縮機(jī)系統(tǒng)和分子篩吸附系統(tǒng)之間，旨在降低進(jìn)分子篩純化器的空氣溫度，來(lái)減少空氣的含水量，并通過(guò)水洗滌除去大部分水溶性有害物質(zhì)，以保證分子篩純化器的安全工作。第一節(jié) 預(yù)冷流程及原理圖1是空氣

46、預(yù)冷系統(tǒng)的流程簡(jiǎn)圖。從空氣壓縮機(jī)來(lái)的熱空氣進(jìn)入空冷塔下部，由下而上穿過(guò)空冷塔中的下段、上段填料，依次與冷卻水和冷凍水進(jìn)行微分式逆流接觸而傳熱傳質(zhì)，達(dá)到冷卻空氣之目的。冷卻水由外界供給，冷凍水由水冷塔塔底供應(yīng)。來(lái)自冷箱的污氮進(jìn)入水冷塔的底部，自下而上同冷卻水在填料表面進(jìn)行微分逆流接觸，使污氮升溫增濕后排入大氣。 對(duì)于空冷塔，當(dāng)進(jìn)塔的熱空氣為不飽和狀態(tài)，進(jìn)塔水溫低于進(jìn)塔空氣的露點(diǎn)時(shí)，經(jīng)過(guò)塔內(nèi)的氣液逆流接觸，空氣為減濕降溫過(guò)程，傳熱方向都是由空氣傳給水；而水的出塔溫度將可能高于進(jìn)塔空氣露點(diǎn)時(shí)，塔底的傳質(zhì)是由水傳給空氣，而塔頂?shù)膫髻|(zhì)是由空氣傳給水，故在全塔內(nèi)傳質(zhì)方向是不同的。在改變傳質(zhì)方向的塔截面處，

47、水溫將等于空氣露點(diǎn)。對(duì)于水冷塔，當(dāng)未飽和的冷污氮從塔底進(jìn)入，與塔頂加入的熱水逆流接觸時(shí)，污氮在塔內(nèi)被加熱增濕，水在塔內(nèi)被冷卻。在塔頂，污氮被加熱的極限是進(jìn)塔水表面的飽和濕污氮狀態(tài)。實(shí)際上，由于存在傳遞阻力，污氮出塔溫度將低于進(jìn)塔水溫，故進(jìn)塔水的溫度與其表面上的飽和濕度必然大于出塔污氮的溫度和濕度。于是塔頂?shù)膫鳠岷蛡髻|(zhì)都是從水傳給污氮。在塔底，水被冷卻的極限是污氮進(jìn)塔狀態(tài)下的濕球溫度，而實(shí)際出塔水溫要高于濕球溫度。但因進(jìn)塔污氮是未飽和的，濕球溫度低于污氮溫度，故出塔水溫將有可能低于進(jìn)塔污氮溫度。在此情況下，塔底的傳熱由污氮傳給水，而傳質(zhì)仍然是水傳給污氮。從而可知在全塔內(nèi)，傳質(zhì)方向都是由水傳給污氮

48、，故污氮在塔內(nèi)是增濕過(guò)程；而傳熱方向是不同的，在塔內(nèi)某一截面處改變傳熱方向，此處的污氮溫度等于水溫，但在全塔內(nèi)仍是冷卻過(guò)程。在空氣或污氮與水直接接觸的增濕與減濕過(guò)程可以看出，在氣、液兩相之間同時(shí)發(fā)生熱量和質(zhì)量傳遞。該過(guò)程是由兩個(gè)相和兩種組分所組成的體系，在氣相的組分是不凝的干氣和可凝的蒸汽；在液相則是與可凝蒸汽相同的單一組成。雖然氣體和液體中還可能混有其他組分，在氣液接觸過(guò)程中，也可能有某些雜質(zhì)發(fā)生溶解或汽化，但它們的變化在計(jì)算中均不予考慮。第二節(jié) 空氣冷卻塔及水冷卻塔的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其功能1.塔器的種類塔設(shè)備類型有板式塔、填料塔、濕壁塔、降膜塔、噴霧塔等。其中最常用的是板式塔和填料塔。2.填料塔

49、填料塔一般由筒體、填料、出口防帶水裝置、填料支架、氣體和液體分布器、中間支架、再分布器、氣體和液體進(jìn)出接管以及人孔等部件組成。液體通過(guò)液體分布器均勻分布在填料頂層，在重力作用下沿填料表面向下流動(dòng)，與在填料空隙中流動(dòng)的氣體相互接觸，產(chǎn)生傳熱和傳質(zhì)。2.1填料塔結(jié)構(gòu)原理填料塔是以塔內(nèi)的填料作為氣液兩相間接觸構(gòu)件的傳質(zhì)設(shè)備。填料塔的塔身是一直立式圓筒（如下圖所示），底部裝有填料支承板，填料以亂堆或整砌的方式放置在支承板上。填料的上方安裝填料壓板，以防被上升氣流吹動(dòng)。液體從塔頂經(jīng)液體分布器噴淋到填料上，并沿填料表面流下。氣體從塔底送入，經(jīng)氣體分布裝置（小直徑塔一般不設(shè)氣體分布裝置）分布后，與液體呈逆流連續(xù)通過(guò)填料層的空隙，在填料表面上，氣液兩相密切接觸進(jìn)行傳質(zhì)。填料塔屬于連續(xù)接觸式氣液傳質(zhì)設(shè)備，兩相組成沿塔高連續(xù)變化，在正常操作狀態(tài)下，氣相為連續(xù)相，液相為分散相。 當(dāng)液體沿填料層向下流動(dòng)時(shí)，有逐漸向塔壁集中的趨勢(shì)，使得塔壁附近的液流量逐漸增大，這種現(xiàn)象稱為壁流。壁流效應(yīng)造成氣液兩