空分制氧工艺流程.doc

.空分制氧工艺流程图片： 空分制氧系统包括空压机系统、空冷系统、水冷系统、分子筛纯化系统、增压膨胀机系统、精馏塔系统、加压气化系统、氧气系统、氧压机系统、调压站系统空分制氧系统中精馏塔分离氮气与氧气的原理简介：精馏塔是一种采用精馏的方法，使各组份分离。从而得到高纯度组份的设备。 空气被冷却至接近液化温度后送入精馏塔的下塔，空气自下向上与温度较低的回流液体充分接触进行传热，使部分空气冷凝为液体。由于氧是难挥发组份，氮是易挥发组份，在冷凝过程中，氧比氮较多的冷凝下来，使气体中氮的纯度提高。同时，气体冷凝时要放出冷凝潜热，使回流液体一部分汽化。由于氮是易挥发组份。因此，氮比氧较多的蒸发出来，使液体中氧纯度提高。就这样，气体由下向上与每一块塔板上的回流液体进行传热传质，而每经过一块塔板，气相中的氮纯度就提高一次，当气体到达下塔顶部时，绝大部分氧已被冷凝到液体中，使气相中的氮纯度达到99.999。一部分氮气进入冷凝蒸发器中，冷凝成液氮作为下塔回流液。同时上塔底部的液氧汽化，作为上塔的上升气体，参与上塔的精馏。 将下塔底部得到的含氧3840的富氧液空节流后送入上塔，作为上塔的一部分回流液与上升气体接触传热，部分富氧液空汽化。由于氧是难挥发组份，氮是易挥发组份，因此，氮比氧较多的蒸发出来，使液体氧纯度提高。液体由上向下与上升气体多次传热传质，液相中的氧纯度不断提高，当液体到达上塔底部时就可得到99.6的液氧。空分操作知识问答1. 空气分离有哪几种方法? 答：现在工业生产中采用的空气分离方法有三种： (1) 深度冷冻法： 先将空气液化，然后利用氧、氮沸点的差异，在一定的设备中(精馏塔)，通过精馏过程，使氧、氮分离，此法在大型空分装置中最为经济。并能生产纯度很高的氧氮产品。 (2) 变压吸附法： 变压吸附法制氧或氮是在常温下进行的。其机理有二条：一是利用沸石分子筛对氮的吸附亲和力高于氧的吸附亲和力，以此分离氧和氮；二是利用氧在分子筛微孔中的扩散速度大于氮的扩散速度。在远离平衡条件下分离氧、氮。 目前，采用变压吸附法制取氧或氮的装置，其容量和产品的纯度都受到一定的限制。例如用该法制氧的装置，容量一般还不能超过4000Nm3H，纯度超不过95；制氮的装置，容量一般在2000Nm3H以下，纯度低于99.5。 (3) 膜分离法： 利用高分子聚合薄膜的渗透选择性，将空气中的氧、氮组分分离的方法称为膜分离法用该法生产氧或氮的装置，容量和纯度也都有一定的局限，一般主要用来生产800Nm3h以下，纯度低于995的氮气产品。2氧气有什么用途? 答：氧气是地球上一切生命有机体赖以生存的物质，它的化学性质非常活泼，很容易与其他物质化合生成氧化物。利用这一物质，氧在冶金、化工、国防工业等部门都得到广泛的应用。在甲醇合成的生产中，氧气与煤浆进行部分氧化反应，可生产出有效的原料气：氢气、一氧化碳。3氮有什么用途? 答：(1) 氮的分子结构十分稳定，通常很难同其它物质发生化学反应，表现出很大的惰性，所以工业上常用它来作为保护气。(2) 充氮气贮藏水果、蔬菜是一种先进的贮藏保鲜方法，它使水果、蔬菜在高氮低氧的环境中减缓新陈代谢，并进入冬眠状态，抑制后熟，从而长期保鲜。(3) “真空充氮”，贮藏大米及其它粮食，可使粮食不蛀虫、不发热、不霉变。(4) 氮是植物生长的重要养分之一，空气中的氮很难被：随物直接吸收，人们一般通过生产合成氨，然后以氨为原料，生产备种能够被植物吸收的氮肥，如尿素。4氩气有什么用途? 答：氩是一种惰性元素，在空气中的容积百分率为093。其用途广泛，例如：氩气常作为保护气体用于铝、铝合金、不锈钢的焊接；用于半导体材料和稀有金属的精炼；用于制造点弧灯；用“氩一氧炼钢法”可以获得超低碳不锈钢等等。 5空气中有哪些杂质?为什么要清除? 答：空气中含有少量的水蒸汽、二氧化碳、乙炔和碳氢化合物及少许灰尘等杂质。如果让这些杂质进入空分装置，将是十分危险的，固体杂质会磨损器件，尤其威胁高速旋转设备的安全运行，带入换热器还会污染传热表面，降低换热效果；水蒸汽和CO2等在低温条件下会相继冻结析出，从而堵塞气体通道及塔板筛孔；乙炔和碳氢化台物在精馏塔中积聚过量，易引发爆炸。所以，为提高装置运行的安全性、可靠性和经济性，必须净化空气。6本装置中是如何清除空气中的杂质? 答：空气中的杂质有固体和气体杂质二种，固体杂质包括粉尘、机械颗粒等，固体杂质的清除是在空压机前的自洁式空气过滤器K7600中清除的。气体杂质包括：H2O、CO2及CmHn等烃类化合物等，本装置采用前置吸附器来净化这些气体杂质，在AC711101后设置分子筛吸附器MS711201/MS711202，MS711201/MS711202采用了由铝胶(Al2O3)和分子筛(13X)组成的双层卧式吸附器，先用铝胶吸附水份，分子筛主要承担C02、CmHn等的吸附。7水冷却塔(AC710002)中污氮是怎样把水冷却的? 答：我厂二期的氮水冷却塔是填料式冷却塔。常温的循环水从塔的顶部喷淋向下流动，从换热器出来的污氮气(温度约15度左右)自下而上流动，二者直接接触既传质又传热，是一个比较复杂的过程，一方面由于水的温度高于污氮的温度，就有热量直接从水传给污氮，使水得到冷却。另一方面，由于污氮是干燥的气体，所以水的分子能不断蒸发扩散到污氮中去，而水蒸发需要吸收汽化潜热，从水中不断带走热量，使得水的温度不断降低，污氮吸湿是使水降温的主要原因。知道这一点后，就能理解为什么有时冷却水的出口温度比污氮的进口温度还低。 8.为什么空气经过冷却塔后水份含量减少？答：在某一压力下，饱和湿空气中的含水量随着温度的降低而减少。空气经空压机压缩后：进入到空气水冷塔的工艺空气压力在0545MPa(表压)左右其水份含量达到饱和状态。在流经空气冷却塔时温度不断降低。随着温度的降低饱和水份含量在减少，即有一部分水份自空气中析出。这部分水蒸气凝结成水，同时放出冷凝潜热。9什么叫吸附剂?对吸附剂有什么要求? 答：作为吸附用的多孔性固体叫吸附剂，对于吸附剂的主要要求有： (1) 吸附剂必须是多孔物质。因为吸附只是在固体表面进行，孔隙越多，表面积越大，吸附能力越强。 (2) 吸附剂必须是选择性吸附，即吸附要具有选择性。不能吸附混合物中全部组分，只吸附要从混合物中清除的杂质。 (3) 吸附剂容量要大，即每公斤吸附剂所吸附的物质量要大。如果吸附容量小，吸附剂用量就大。 (4) 要具有一定的强度、耐压耐磨、不易破碎。 (5) 容易再生。 (6) 价格便宜。能满足上述条件要求，比较好的吸附剂就是常用的硅胶、铝胶和分子筛。10. 吸附容量与哪些因素有关? 答：影响吸附容量的因素较多；主要有： (1) 与吸附过程的温度及被吸组分的分压有关；在被吸组分的分压相同的情况下(或者说浓度下)吸附容量随着温度的升高而减小；而在相同温度下，吸附容量随着被吸组分分压(或浓度)的增大而增大，但是有个极限，当分压增到一定程度后，吸附容量基本上与分压无关。 (2) 与气体(或液体)的流速有关。流速越高，吸附效果越差，原因是被吸物质与吸附剂接触时间短，流速低时，吸附效果要好些。 (3)与吸附剂的再生完善程度有关：再生解吸越彻底，吸附容量就越大，反之越小。 (4)与吸附剂厚度有关：吸附剂层厚度越大，被吸物质与吸附剂接触时间越长，容量越大。 11什么叫吸附剂的再生? 答：吸附过程是可逆物理过程。吸附剂都存在一个吸附容量。当吸附到达该容量或超过该容量。吸附剂就失去了对吸附质的吸附能力。这时，就需要对吸附剂进行解吸，使被吸附的吸附质脱离吸附剂，从而将吸附剂吸附的吸附质含量大大降低，这时的吸附剂就恢复了其吸附能力。这种吸附饱和的吸附剂重新恢复活性，获得吸附能力的过程叫再生，再生是吸附的逆过程，属吸热反应。再生的途径有两种：一是提高温度去降低吸附容量，使吸附质解吸；二是降低压力，使吸附质解吸，本装置是采用加热后的150度的低压污氮气去再生吸附剂的。 12分子筛吸附器切换时为什么要进行均压？ 答：(1) 分子筛吸附器切换时先要均压是为了保证整个装置的平稳运行。分子筛吸附器在切换时如果不均压，那么为了填充容器的内部空间，会使得装置的空气流量和压力突然发生波动 (2)另外，即将投用的分子筛吸附器若不先进行均压，切换时则会受到空气的强烈冲击，使隔栅变形甚至损坏。铝胶和分子筛也因为受冲击而相互磨擦挤压，产生粉尘微粒后进入吸附剂内通道，造成堵塞，降低吸附效率。所以分子筛吸附器在切换前必须均压。 13叙述分子筛吸附器的程控步骤 答：两组分子筛吸附器是相互交替工作的，当MS711201处于吸附状态时，另一组吸附器MS711202则处于再生状态。各阀门的程序切换是由DCS系统中的程序控制。分子筛吸附器自动控制过程实际上是分子筛吸附器再生自控过程，该自控过程分18步进行，当切换程序启动时，即处于第一步。第一步：准备卸压：关闭V1201、V1203 确认V1201、V1203关闭第二步：卸 压：打开V1205，计时8分，PS961201达到给定值及计时到关闭V1205第三步：准备加热：打开V1213，确认V1213开第四步：加 热：关闭V1217、V1210，打开V1211、V1218，计时100分，计时到第五步：吹冷：关闭V1218，打开V1217，计时100分，计时到第六步：准备充压：关闭V1211、V1213，打开V1210，确认V1211关第七步：充 压：打开V1207，计时22分，PDS961201达到给定值及计时到，关闭V1207第八步：准备切换：打开V1203，确认V1203开第九步：切 换：打开V1201，确认V1201开，计时10分第十步：准备卸压：关闭V1202、V1204，确认V1202、V1204关闭第十一步：卸 压：打开V1206，计时8分，PS961203达到给定值及计时到关闭V1206第十二步：准备加热：打开V1214，确认V1214开第十三步：加 热：关闭V1217、V1210，打开V1212、V1218，计时100分，计时到第十四步：吹冷：关闭V1218，打开V1217，计时100分，计时到第十五步：准备充压：关闭V1212、V1214，打开V1210，确认V1212关第十六步：充 压：打开V1207，计时22分，PDS961201达到给定值及计时到，关闭V1207第十七步：准备切换：打开V1204，确认V1204开第十八步：切 换：打开V1202，确认V1202开，计时10分14什么叫焓?什么叫熵? 答：将流体内的内能与流动能这两部分能量用一个概念来表示，取名为焓。即焓是表示流体流动时，流体的内能与流动能之和焓=内能+流动能。 熵是气体的状态参数，当气体的压力、温度一定时就有一定的熵值。S的单位是Jkgk，当气体获得热量时熵值增加，熵值增加的量s等于得到的热量Q除以气体的温度T。即s=Q/T。简单地说熵是一个衡量两种状态不等价性的量。15空气在等温压缩后能量如何变化? 答：在等温压缩时，由于温度不变，气体分子运动的动能没有变化而分子间的距离缩小，分子相互间作用的位能减小。所以气体内部的能量是减少的，另外在压力不很高的情况下，压力空气可以当成理想气体看待，而理想气体的流动功仅取决于温度，温度相同，流动功亦相同。所以从能量角度来看等温压缩后气体的焓值比压缩前的焓值小。16什么叫冷量? 答：冷量是在制冷中习惯用的一种称呼，制冷就是要获得比周围空气温度更低的低温，它相对于周围空气来说，就有了吸收热量的能力，通常把低温物体相对于周围空气温度所具有的吸收热量能力的大小叫冷量。物体的温度越低(与周围空气的温差越大)。数量越多，则吸收热量的能力越大，即冷量越大。17 什么叫制冷? 答：根据热力学第二定律，热只能自发地从高温物体传给低温物体。而反过程不能自发地进行。即不通过特殊的方法，不能获得比环境温度更低的温度。人们通过实践掌握了获得低温的方法。 通过花费一定的代价，靠消耗功对气体进行压缩，然后再进行膨胀，而获得低温的过程叫制冷。获得低温的机器叫“制冷机”。对一般的制冷机，它只是获得零下几十度的低温，通常叫普通冷冻。如电冰箱、空调机等。在空分装置中，需要获得一100以下的低温，通常称为深度冷冻，简称“深冷”。18什么叫制冷量? 答：制冷量是指从整个空分装置所能带走的能量(热量)的多少，根据带走能量的方法不同，制冷量可分为节流效应制冷量，膨胀机制冷量，氨冷器制冷量。 19 什么叫节流? 答：当气体或液体在管道内流过一个缩孔或阀门时，使流动受到阻碍，流体在阀门处产生漩涡碰撞，摩擦等阻力流体要流过这个阀门必须克服阻力，表现出在阀门后的压力比阀门前的压力要低得多。 流体这种由于流动遇到局部阻力而造成的压力有较大降落的过程，通常称为节流。20气体节流为什么一般温度会降低? 答：从节流过程看，它是一个压力降低的过程，而这个压力降低，完全是消耗在克服阻力上，并没有对外输出功。同时，气体流过节流阀时，由于时间很短，可以认为是一个绝热过程。对流体本身来说，在节流前后，流体内部的总能量保持不变。 流体在流动过程中，内部所具有的能量包括内能(分子运动的动能和分子相互作用的位能)以及后部流体推动前部流体前进的流动能。这三种能量的总和保持不变。而每一项能量大小在节流前后是有变化的。当节流后由于压力降低，气体体积膨胀，分子间距离增大，则使分子相互作用的位能增加。一般情况下，流动能的变化相对较小。因此，位能的增加，会造成动能的减少。而分子运动动能的大小反映出物体温度的高低。节流后动能减小，所以在一般情况下，气体节流后温度总是降低的，在空分装置中遇到的均是这种情况。21 节流温降的大小与哪些因素有关? 答：节流的目的一般是为了获得低温，因此希望温降的效果越大越好。影响节流温降效果的因素有： (1)节流前的温度：节流前温度越低，温降效果越好。 (2)节流前后的压差：节流前后的压差越大，温降效果越好。 22 为什么水流经阀门节流温度并没有降低，而液空、污液氮通过节流阀流到上塔温度会降低? 答：下塔液空节流到上塔，温度将从一172降至一190，污液氮节流至上塔同样温度下降十余度，这是由于下塔液空，污液氮节流前为饱和液体，当经过节流后压力降低，将造成部分液体分子汽化，而汽化需要吸收一部分热量，造成液体温度降低。因此，节流后为汽液混合物，温度为节流后的压力所对应的饱和温度。而水在环境温度压力超过大气压条件下，远远低于饱和温度，是“过冷”液体，在节流后不致造成水的“沸腾”汽化，也就是显示不出节流温降的现象。23 什么叫膨胀机制冷量? 答：膨胀机制冷量就是通过膨胀气体对外做功，从膨胀的气体中所取走的能量的多少。即膨胀机进口与出口气体的焓值之差。24 透平膨胀机是怎样工作的?为什么会产冷? 答：透平膨胀机是一种旋转式制冷机械，它是由蜗壳、导流器、工作轮等部分组成。当具有一定的压力的气体进入蜗壳后，被分配到导流器中，导流器上装有可调的喷嘴叶片。气体在喷嘴中将内部的能量转换成流动的动能，压力、焓降低，流速可增高200米秒左右，当高速气流冲到叶轮的叶片上时，推动叶轮旋转，将动能转化为机械能，通过转子的轴驱动增压器对外作功。从整个过程看，气体压力降低是一个膨胀过程，同时对外输出了功。输出外功是靠消耗了内部的能量，反映出温度降低，焓值减小：亦即是从气体内部取走了一部分能量，就是通常所说的制得冷量。25透平膨胀机中的导流器是怎样使气体的流速提高的?它能产生冷量吗？ 答：在日常生活中我们可以看到：河道越窄的地方水的流速越高，在膨胀机导流器内，将喷嘴叶片上流道的截面作成一定的形状，其中有一段截面逐渐减小：由于截面逐渐减小，从而使气流速度不断提高。 当导流器前后存在一定的压差时，气体从喷嘴中流过，气流流速提高，使气流的动能增加，动能的增加是由于消耗了气体内部的能量，表现在导流器后气体温度降低焓值减少。它的动能增加数值等于焓值减小，这属于气体内部的两种不同的能量转换。并没有输出能量，内部总能量没有减少，因此不能认为气流流过导流器时产生了冷量。 26 膨胀机制冷量的大小与哪些因素有关? 答：膨胀机的制冷量与膨胀量及单位制冷量有关。膨胀量越大，制冷量也越大。而单位制冷量与膨胀前的压力、温度及膨胀后的压力有关，关系如下 (1)进出口压力一定时，机前温度越高，单位制冷量越大。因此，当装置要求的总制冷量一定时，提高机前温度，可以减少膨胀量。 (2)进口温度一定时，与膨胀机进出口压差有关，压差越大，则单位制冷量越大。 (3)与膨胀机的效率有关，效率高，制冷量大。 27 透平膨胀机为什么使用带压力的密封气? 答：透平膨胀机要求进入膨胀机的气体全部能通过导流器和工作叶轮膨胀产生冷量，但是，由于工作轮是高速转动的部件。机壳是静止部件，低温气体有可能通过机壳间隙外漏。这将使膨胀机总制冷置下降，同时增加冷损。此外，冷量外漏还可能使轴承润滑油冻结，造成机械故障。因此，必须采用可靠的密封。通常都采用迷宫式密封。当气体流经密封间隙时，压力逐渐降低，泄漏量的大小取决于压差的大小。因此，如果将密封装置外侧加上带压力的密封气，就可以减少压差，从而减少低温气体泄漏量。同时也可防止轴承润滑油渗入密封，进入透平膨胀机。28 什么叫增压透平膨胀机? 答：增压透平膨胀机是利用膨胀机的输出功来直接将入膨胀机前的气体增压，使得入膨胀机的膨胀气体压力升高，从而达到提高膨胀机前后压差，增加单位膨胀工质的产冷量，降低膨胀量的目的，减少膨胀量就意味着减少了循环压缩功，节约了能耗，并且还避免了机械能转变成电能而导致的损失，提高了膨胀功的回收效率，可以说它比过去常采用的电机或风机作为膨胀机的制动设备更完善。29 空气为什么能变成液体？ 答：对于同一物质，在不同的条件下，可以气、液、固三种不同的状态存在。并且，可随条件的不同而互相转变，如：气相转变成液相，液相转变成固相。这种状态的变化称为相变。 产生相变的内在原因是由于物质均是由分子或原子构成的，分子及原子之间具有作用力，当分子间的相互作用力增强，使分子无法自由活动时，物质就以固态或液态的形式存在。所以说，物质所处的状态取决于物体内部分子能量的大小。对空气来讲，当温度降低时，分子的自由活动能力减弱，分子间距减小，相互之间的作用力增强。所以，当温度降低到一定程度，空气就可以变成液体，这个温度叫液化温度。在一个大气压下，空气的液化温度为-191.3C-194.3。30 液化温度与沸腾温度是一样的吗? 答：物体由气相转化为液相的温度叫液化温度(又称露点)；液相转化为气相的温度叫沸腾温度(又称沸点)。 对于同一物质来说，在某一压力下，气体的液化温度即为液体的沸腾温度，二者的数值是相等的。所以通常称之为该物质在某一压力下的饱和温度。 对于混合物来说，如空气，在液化时由于氧的液化温度比氮高，开始时氧的液化的多一些，随着空气中氮浓度的增加，液化温度要不断降低。因此对于混合物液化温度与沸腾温度，数值是不一样的，并且在一定压力下，沸腾温度低于液化温度。它们并不是常数。如在0.5MPa下，空气的液化温度为-174-1775。31 精馏塔内的空气是怎样被分离成氧和氮的? 答：精馏塔是一种采用精馏的方法，使各组份分离。从而得到高纯度组份的设备。 空气被冷却至接近液化温度后送入精馏塔的下塔，空气自下向上与温度较低的回流液体充分接触进行传热，使部分空气冷凝为液体。由于氧是难挥发组份，氮是易挥发组份，在冷凝过程中，氧比氮较多的冷凝下来，使气体中氮的纯度提高。同时，气体冷凝时要放出冷凝潜热，使回流液体一部分汽化。由于氮是易挥发组份。因此，氮比氧较多的蒸发出来，使液体中氧纯度提高。就这样，气体由下向上与每一块塔板上的回流液体进行传热传质，而每经过一块塔板，气相中的氮纯度就提高一次，当气体到达下塔顶部时，绝大部分氧已被冷凝到液体中，使气相中的氮纯度达到99.999。一部分氮气进入冷凝蒸发器中，冷凝成液氮作为下塔回流液。同时上塔底部的液氧汽化，作为上塔的上升气体，参与上塔的精馏。 将下塔底部得到的含氧3840的富氧液空节流后送入上塔，作为上塔的一部分回流液与上升气体接触传热，部分富氧液空汽化。由于氧是难挥发组份，氮是易挥发组份，因此，氮比氧较多的蒸发出来，使液体氧纯度提高。液体由上向下与上升气体多次传热传质，液相中的氧纯度不断提高，当液体到达上塔底部时就可得到99.6的液氧。32 为什么空分塔一般都用双级精馏塔?用单级精馏塔行不行? 答：一般的空分塔是在下塔(压力塔)中将空气进行初次精馏，分离成富氧液空和纯氮，然后在上塔(低压塔)中将下塔提供来的物料进一步精馏得到高纯度的氧和氮气。联系上、下塔的纽带是冷凝蒸发器，它是用下塔的压力氮来加热上塔的液氧，使液氧蒸发同时气氮被冷凝。采用双级精馏塔的优点是使产品有较高的提取率，同时可以制取氧和氮两种双高产品，产品能耗低。 采用单级精馏塔，也能制取氧、氮产品，但只能分别制取其中一种高纯产品，而且氧、氮损耗大提取率差，能耗高，作为分离空气设备是不完善的，因此实际采用较少。33 在冷凝蒸发器中为什么可以用液氧来冷却气氮? 答：在冷凝蒸发器中，上塔的液氧吸收热量而蒸发成气氧，下塔的气氮放出热量而冷凝成液氮。即液氧的温度比气氮的温度要低。我们知道，在l大气压下，氧的液化温度比氮要高13左右，在这种情况下，液氧要冷却气氮，并使之液化是不可能的。 由于液化温度与压力有关，随着压力的升高，液化温度升高。如氮在1个大气压时，液化温度为一1958，而在6个大气压下的液化温度为一177升高了18，这样使液氧冷却气氮，使之液化成为可能。34主冷凝蒸发器温差的大小受什么因素的影响? 答：主冷凝蒸发器温差的大小受氧氮的纯度和上、下塔压力的影响。 首先：对液氧的蒸发过程：在氧纯度不变的情况下，提高压力，其蒸发温度提高，主冷温差缩小，在压力不变的情况下，纯度提高。其蒸发温度提高，主冷温差变小。 对氮气的冷凝过程：在氮纯度不变的情况下，提高下塔压力可使其冷凝温度提高，增大了主冷温差。 在压力不变的情况下，提高氮纯度，其冷凝温度下洚，缩小了主冷温差。由此可见：上、下塔压力一定时，提高液氧的纯度，可缩小主冷温差。提高气氮的纯度可缩小主冷温差。若气氮的压力、纯度不变，在液氧纯度一定的情况下，提高上塔压力可使主冷温差变小。35 什么叫精馏? 答：精馏是利用两种物质的沸点不同，多次地进行混合蒸汽的部份冷凝和混合液体的部份蒸发过程，来实现物质分离的目的。 对于两种不同沸点的物质组成的混和物液体，沸点低的物质称为易挥发组份，即在混合液体部份蒸发时，易挥发组份能较多地被蒸发出来，例如：液空含氮61在O5MPa时，其蒸汽中氮含量为81，相反，沸点高的物质称为难挥发级份，当混合蒸汽部份冷凝时难挥发组份能较多地被冷凝出来。 对于两种沸点不同的物质组成的混合液体在吸收热量而部份蒸发时，易挥发组份将较多地蒸发，而混合蒸汽在放出热量部分冷凝时，难挥发组份将较多地冷凝，如果将温度较高的饱和蒸汽与温度较低的饱和液体互相接触，则蒸汽放出热量给饱和液体，蒸汽放出热量，将部分冷凝，液体吸收热量将部分蒸发，在精馏塔的塔板上进行的上述过程，通过许多块塔板的传质、传热过程。就可以使两组份分离，在塔顶得到易挥发组份，在塔底得到难挥发组份。36 什么叫回流比?它对精馏有什么影响?答：回流比一般是指塔内下流液体量与上升蒸汽量之比，它又称液气比。 精馏产品的纯度，在塔板数一定的情况下，取决于回流比的大小。回流大时所得到的气相氮纯度高，液相氧纯度就低，回流比小时得到的气相氮纯度低，液相氧纯度高，这是因为，温度较高的上升气与温度较低的下流液体在塔板上混合进行热质交换后，在理想情况下，它们的温度可趋于一致。即达到同一温度。这个温度介于气液温度之间。如果回流比大，即下流的液体多，或上升的气少时则汽液混合温度必偏向低温液体一边，于是上升蒸汽的温降就大，蒸汽冷凝的就多。因氧是难挥发组份，故氧组份冷凝下来相应也多一些，这样上升气体的氮浓度也提高得快。每块塔板如此，因此塔顶的氮纯度就高。另一方面，因为气液混物温度偏低于液体一边，于是下流液体的温升就小，液体蒸发少，因此液体中氮组份蒸发出来相应也少一点，这样下流液体氧浓度提高就慢，每块塔板如此。因而塔底液体氧浓度就低。回流比小时，则与上述相反。精馏工况的调整，实际上主要改变塔内各部位的回流比的大小，如塔温高，说明回流比偏小，塔温低，说明回流比偏大。37 怎样控制液空、液氧纯度?答：下塔的液空，污液氮是提供给上塔作为原料液。因此，下塔精馏是上塔精馏的基础。 下塔的操作要点在予妥善控制污液氮节流阀(FV8513)的开度。具体说，就是要在液氮纯度能够达到要求的前提下，尽量开大污液氮节流阀。这样可使上塔精馏段回流比增大，使上塔污氮气中的氧损减小装置氧提取率增大。同时，液空纯度增加，使液氧纯度也可提高。但是，污液氮节流阀并不是开的越大越好。因为污液氮节流阀开大到一定程后，污液氮中氧含量增加，使污液氮节流后气相中的氧含量反而高于上塔顶部污氮气中的氧含量，使上塔排出的污氮气中的氧损增加，装置氧提取率降低。38压力低对精馏有什么好处? 答：压力降低，就会改善塔的精馏工况。因为压力越低，气液平衡就越接近理想状态，即压力低时液体中某一组分的含量与其上方和它平衡的蒸汽中同一组分的含量的差值要大些，而压力高时此差值要小一些。例如：在0.05MPa（G）时，液体中氮浓度为50%，则平衡蒸汽中氮的浓度为83%；如果压力升高到0.1 MPa（G）时，液体中氮浓度仍为50%，则平衡蒸汽中氮的浓度减少到81%。平衡气、液相浓度差值越大，氧、氮分离效果就越好，即在塔板数量不变的情况下，压力低些可以提高氧、氮的纯度。39 为什么要在冷凝蒸发器中设置氖氦吹除管?答：氖氦气在空气中虽然所占比例很小。但由于它们液化温度很低，所以在下塔氦氖气上升至主冷凝器冷凝侧上部时冷凝不下来，随着进塔空气一起，氖氦气不断进入系统，并在冷凝侧越聚越多，占据主冷凝器部分有效的换热空间使冷凝受到影响，导致传热效果变差，最后影响主冷负荷。因此需将不凝的氖、氦气从主冷凝器中定期排出，这就是在主冷器中设置氖氦吹除管的原因。40 为什么要设置过冷器？答：下塔的富氧液空、污液氮和液氮是通过节流阀节流后提供给上塔作为回流液的。饱和液体经节流后，压力降低，其相应的饱和温度也降低，这样节流后的液体将产生部分汽化，这就使得上塔回流液减少，对精馏不利，所以设置了过冷器，富液、污液氮和液氮经回收上塔污氮气的冷量。变成过冷液体，过冷液体再经过节流时，汽化率降低，从而保证供给上塔足够的回流液，从而强化精馏效果，提高氧的回收效率。同理，液氧、液氮经过冷后进入储槽，气化率也降低，减少了入槽时的损失。41 为什么说主冷液面上升或下降是冷量是否充足的主要标志?答：空分装置在稳定工况下，装置的产冷量与冷量消耗保持平衡，装置内各部位的工况不随时间而变化，主冷中的液氧面也保持稳定仅有波动，无明显上升或下降趋势。 当装置冷量多余，进入下塔的空气的含湿量过多，在下塔顶部冷凝器中需冷凝气量减少，相应的液氧蒸发量也减少，液氧液面就会上升，反之，装置冷量不够，进入下塔的空气在下塔顶部冷凝器中所需冷凝的气量增加，相应地液氧蒸发量也增加，液氧液面下降。因此，主冷中液氧面的变化是判断装置冷量是否充足的主要标志。说是主要标志。这是因为其它因素也可能影响液氧液位的变化，例如下塔液空调节阀LICA960001，夜空分离器液位调节阀LIC960004开度过大，都会引起主冷液位上升，但同时，精馏塔下塔液位或液空分离器液位就会下降，这种情况并不能说明冷量过剩了，因此实际操作中应做全面分析，从而得到准确判断。42 精馏塔内各块板上温度为什么不同?它受什么因素影响?答：塔板上的温度取决于它上面的气液温度，而气液温度的高低又决定于塔的压力和它们的含氮浓度。在一定压力时，含氧浓度越高，它的温度越高。众所周知，无论是上塔或下塔，气液的含氧浓度都是下面高越往上含氧浓度越低，因而温度也是越往上越低，另外，压力越高时，气液的饱和温度也高，当系统压力上升时，各塔板的温度也要上升。总的来说当回流比增大系统工作压力降低时，塔温度下降，反之，则升高。 43 哪些因素会影响塔板阻力的变化?观察塔板阻力对操作有何实际意义？答：影响塔板阻力的因素包括筛孔孔径大小、塔板开孔率、液体的重度、液体的表面张力、液层厚度、蒸汽的重度和蒸汽穿过筛孔的速度等等。其中蒸汽和液体的重度以及液体的表面张力在生产过程中变化很小。孔径大小和开孔率虽然固定不变，但当筛孔被堵塞时也会发生变化，造成阻力增大。此外，液层厚度和蒸汽穿过筛孔的速度取决于下流液体量和上升蒸汽量的多少，在操作中将有可能发生变化，从而影响塔板阻力的变化。特别是筛孔速度对阻力的影响是成平方的关系，影响较大。所以，在实际操作中可以通过塔内各部分阻力的变化来判断塔内工况是否正常。如果阻力正常，说明塔内上升蒸汽速度和下流液体的数量正常。如果阻力增大，说明上升蒸汽量过大或下流液体量过大。44什么是液泛?产生液泛时会有哪些现象出现? 答：在精馏塔内，气液两相是逆向流动，当两相流速都较小时。任一相的流动都不会受到另一相的牵制。两相流速增大，部分液滴可被上升气流夹带至上一塔板。液相中也可夹带部分汽泡进入降液管。这种夹带现象，随流速的增加而加剧，严重时会导致流通阻塞，造成液泛。液泛是气液两相作逆向流动时的极限。产生液泛时，精馏塔压差会急剧上升，液面下降，而后压差又突然下降，液面激增，此过程反复出现，同时，精馏塔压力也产生波动，导致产品纯度下降。45临时停车时，液空、液氧液面为什么会上升?答：在正常运行时，精馏塔板上的液体由于上开蒸汽穿过小孔有一定的速度，能将液体托住。阻止液体从小孔漏下，而只能沿塔板流动，再通过溢流斗流至下块塔块。停车后，由于上升蒸汽中断，塔板上的液体失去了上升蒸汽的托力，便由各块塔板的筛孔顺次流至底部，积存于冷凝蒸发器和下塔低部。因此，临时停车时，液氧、液空液面均会上升。46加工空气量增增加对精馏工况有什么影响？答：加工空气量增加，精馏塔内上升蒸汽量增加，主冷凝器中冷凝的液体量也相应增加，故它对塔内的回流比基本没有影响，气量只要保证在一定范围内。氧氮纯度基本不变，而产量将随空气量的增加按比例增加，但是随着主冷中冷凝液量增加，主冷热负荷加大，当传热面积不足时。主冷温差必然扩大，下塔压力相应升高。同时，由于塔内气体流速增大，下流液体量增加，塔板上液层加厚，使塔板阻力增加，上、下塔压力也会相应提高，这样将对氧、氮分离带来不利影响，同时使能耗增加。 当气量过大，塔板阻力及下流液体流经溢流斗时的阻力均会增大很多，造成溢流斗内液面升高。直至发生液体无法下流的液泛现象。这样将破坏精馏的正常工况。 此外，由于上升蒸汽流速增大，容易将液滴带至上一块塔板，影响精馏效果，使氮纯度降低，从而降低氧提取率。47加工空气量不足对精馏工况有什么影响？答：根据物料恒算，知加工空气量减少，氧氮产量亦需同步减少，当气量减少时，蒸汽流速减小，塔板上液体量也减少，液层减薄，因此塔板阻力降低，同时由于主冷热负荷减少，传热面积有富余，传热温差可减小，这些影响使上、下塔压力均可降低。 当气量减少过多时，气体流速过低，托不住筛孔上的液体，会发生液漏，破坏精馏效果，影响氧氮纯度。48 什么叫冷量损失?分哪几种？答：低温物体所具有的吸收热量的能力称为有一定冷量。如果这部分冷量未功以使用，则称为冷量损失。如它包括以下几介方面：（l）热交换不完全损失。低温气体在离开装置时，在理想状态下，它应复热到与正流空气进装置的温度相等。这样，冷量可以全部回收。实际上使用的换热器不可能达到这种理想的要求，低温气体离开装置时总是低于正流空气进装置的温度。因而产生冷损，这种损失可以通过增大换热面积的办法来使之减少。(2)跑冷损失。由于装置的工作温度很低，虽然加有保冷层，但周围空气温度高于装置内的温度，仍不可避免地将一部分热量传入内部，使低温物体温度升高，消耗了一部分冷量。这部分冷量叫跑冷损失。（3）液态产品的冷量损失。当装置生产一部分液态产品时，这部分低温液体离开装置而带走的冷量称液态产品的冷量损失。(4)其它冷损失。在排放液体时，或当装置有泄漏时，需要额外消耗一部分冷量，或损失一部分低温液体或气体，这种损失属于其它冷损。49空分装置的制冷量消耗在什么地方？答：在启动初期，装置各部分都处在常温下，这时需要通过制冷使装置各部分温度逐渐降低，这时冷量消耗在设备降温上；在启动后期积液阶段，所需的制冷量最大，此时冷量消耗在液体积累上；在正常运行时，制冷量消耗在冷量损失和生产液体产品上，此时，如果没有冷量损失，也不生产液体产品，即所有的冷量都能加以回收的话，则不需要在制冷了。 50跑冷损失的大小与哪些因素有关？答：跑冷损失取决于由周围传入装置内部的热量。它的大小与以下因素有关： （1）空气装置的容量与型式随羞装置容量增大，相对于每1标米3加工空气量的跑冷损失(单位损失)来说是减小的，对板翅式空分装置，由于换热器结构紧凑，体积小，所以冷损也相应减小。 (2)运转的环境条件 传热量与传热温差成正比，环境温度越高，与装置内的温差越大，则跑冷损失越大。 (3)绝热保冷措施 一般在冷箱内充填有导热性能差的绝热材料，如珠光砂或矿渣棉等。其保冷情况除与绝热材料的性能、充填层高度、厚度、支架及吊架的绝热、措施等因素有关外，还与充填情况有关。保冷箱的死角内保冷材料最好充满；所充填的保冷材料必须干燥；保冷箱应密封并充以少许的干燥气体使保冷箱内具有一定的正压，以防外界湿空气侵入。51 哪些原因可能引起制氧装置爆炸? 答：形成爆炸的因素有三个：一是可燃物，即乙炔碳氢化合物等危险杂二是助燃物氧；三是引爆源，制氧装置中的引爆源有(1)爆炸性杂质固体微粒相互摩擦或与器壁摩擦。(2)由于静电放电，当液氧中含有少量冰粒，固体CO2会产生静电荷，C02含量达2030PPm时，产生静电位可达3000伏(3)波冲击，造成局部压力上升而温度升高。(4)化学活性特别强的物质(臭氧、氮的氧化物等)的存在，使液氧的可燃性物质爆炸敏感性增大。 空分装置要严格禁油，安装时必须脱脂，并且所有的阀门阀杆不能加油脂润滑。有害杂质的含量控制在以下范围内：总烃100PPm；乙炔O1PPm；乙烷15PPm；乙烯10PPm；丙烯2PPm。52空分装置操作中对人身安全应注意什么?答：一是要注意氮气窒息，氮气无色、无味，很容易使人窒息，因此在操作中要防止进入高氮气区域，尤其注意进入氮气泄漏的房间，区域及氮气置换过的设备。在室内发生泄漏后要及时通风，在空气不易流通的地方要做好标，防止误入。二是注意氧气剧烈燃烧及爆炸。在检修接触氧气设备时不准带油脂。在富氧区工作后，要将衣服上夹带的氧用空气吹除。总之，对高纯氧要特别注意，许多在空气中不燃烧的物质在氧气中会发生剧烈的燃烧。二是要注意低温液体冻伤，要尽量避免与低温液体接触，不要将低温液体倾泄在地上。53 为什么全低压空分装置中规定要经常排放相当于1氧产量的液氧到塔外蒸发?答：精馏塔爆炸的主要原因是由乙炔引起的。但还有一些饱和或不饱和的碳氢化合物烃类，如乙烷、乙烯、丙烷、丙烯也是爆炸源的一部分，分子筛对乙烷的吸附能力很低，基本上在吸附器工作不久就被通过，丙烷和乙烯仅能除去90左右，由于它们在液氧中分压很低，随气氧一起排出来的数量很少(除甲烷外)，剩下的就在液氧中浓缩，一旦增浓到爆炸极限就有危险，为了避免液氧中的烃类浓度增加。根据物料平衡，有时需要从主冷中直接引出一小部分液氧排放掉，也即把部分烃类从主冷中携带出去，从而保证主冷的安全。54 为什么管道安装时有的管道要加膨胀节?答：管道在安装时，首先要考虑，它在什么状态下使用，有在低温下工作，有在较高温度下工作的，还有既在低温下工作又在较高温度下工作的，由于它们在不同的状态下工作。热胀冷缩和交变应力的作用，很容易使管道受损。为此此，设置了膨胀节，它可以防止由于热胀冷缩和交变应力的作用而引起的管道受损，膨胀节起到了冷热补偿的作用。55 怎样判断主冷凝蒸发器泄漏?答：主冷严重泄漏时，压力较高的氮气将大量漏入低压氧侧，上、下塔压力，产品纯度将发生显著的变化，直至无法维持生产而停车。 主冷轻微泄漏时，往往不会引起上、下塔压力的显著变化，也不会引起主冷内液氧纯度的显著降低。普遍现象是主冷气氧和液氧纯度相差较大，气相浓度低于与液氧相平衡的浓度值。 产生泄漏的原因主要有主冷轻微的局部爆炸；积水而冻裂；焊缝泄漏等。56 如何判断空分装置产生了泄漏?答：空分塔冷箱内产生泄漏的主要标志是主冷液面持续下降。即使将膨胀机喷嘴全开，有时也难于维持。如果是大量气体泄漏，可以观察到冷箱壳内压力的升高。如果冷箱不严，就会从缝隙冒出大量冷气泄漏处附近的冷箱壁面明显挂霜。若是低温液体泄漏，挂霜的壁面一般位于漏处的垂直底部此时冷箱的基础温度会大幅度下降。57 膨胀机轴承温度过高是什么原因造成的？答：膨胀机在高速旋转时，轴颈在轴承处产生摩擦热。这部分热量需要靠润滑油及时带走，才能使轴承温度保持在允许范围之内。 造成轴承温度过高的原因来自两方面：一方面是由于产生的摩擦热过多，这通常是由轴承间隙不当或转子振动过大引起的。通常发生在安装或检修后；另一方面是由于润滑油的问题，来不及将热量带走。这可能是因油压过低；润滑油量不足；或润滑油不干净，造成管道堵塞或润滑油变质，粘度不合要求。以及油冷器冷却效果不良等原因导致的。58 膨胀机轴承温度过低是什么原因造成的?答：由于膨胀机是在很低的温度下工作，如果冷气外漏过多，将造成工作轮侧的轴承温度过低。这将引起润滑油温度过低，使油的粘度增加，难以形成油膜，甚至会使轴承咬坏。 气体外漏增多的原因可能是由于未通压力密封气。这时应检查密封气的压力，如果是由于密封磨损，间隙增大，这时应更换密封套。 膨胀机在停车时，发生轴承温度过低，可能是由于膨胀机侧冷量传递过来引起的，它会使转子转动不灵活，甚至启动不起来。这时可通过循环的润滑油来提高轴承温度。 59 什么叫氧的提取率?答：氧的提取率是以产品氧的总氧量与进塔加工空总氧量之比来表示 氧提取率=（氧产量*氧纯度）/（进塔空气量*空气中的氧含量）。 当进塔空气量和产品氧纯度一定时，氧提取率的高低取决于氧产量的多少，而氧产量的多少在进气量一定的条件下，主要取决于污氮气中含氧量的高低，只有降低污氮中的含氧量才可提高氧提取率。 我厂氧的提取率：（28000+1500）*99.6%/148000*20.96%=94.72%60 为什么要向冷箱内充保护气?答：冷箱中充填的保冷材料中充满了干燥的气体，在低温下，保冷材料间气体的压力下降使冷箱内形成负压，如果冷箱密封很严，就很容易把冷箱吸瘪，如果不严，外界湿空气很容易浸入，使保冷材料受潮，结冰，因水和冰的导热系数远比保冷材料大得多，所以装置的保冷效果下降，冷损增加，因此要向冷箱内充加保护气，保证冷箱内为微正压。我厂二期空分装置的保护气为污氮气，一期为氮气。61 全低压空分流程有何优点?答：(1) 大型空分装置，采用此流程，使得单位产品能耗大量降低； (2) 空压机和膨胀机均可采用高效率的透平机械，不但节省了能耗，还便于操作，运行安全，连续运转时间长； (3) 由于压力低，在分离空气时，气液相的浓度差大，这样在相同塔板时可以得到纯度更高的气体； (4) 由于压力低，不但可以减少设备投资，并且管道不易泄漏，保证运转安全； (5)由于压力低，使分子筛再生变得更彻底。 因此几乎所有的大型氧装置均采用全低压流程。62 什么叫临界转速?及其危害?答：临界转速是指接近于或等于转子固有频率时的转速。装于轴上的叶轮构成转子虽作过精细的动平衡，但仍不可能没有偏心，并且轴有一定的挠度，主轴的几何中心与转子的重心不可能完全重合，在旋转时就产生周期变化的离心力，这个力的变化频率与转子的转速成正比。当离心力引起的振动频率和转子的固有频率一致对，发生的振动最大，叫共振，这时所对应的转速就叫临界转速，转子产生强烈的振动甚至折断。 一个转子有几个临界转速，分别叫一阶临界转速，二阶临界转速。临界转速的大小与轴的结构、粗细、叶轮重量及位置、轴的支承方式等有关，可通过理论计算求得。 压缩机的工作转速要远离临界转速，以免发生共振，一般透平压缩机的工作转速超过一阶临界转速(大于13倍，一阶临界转速)，而低于二阶临界转速(小于07倍二阶临界转速)，这种轴称柔性轴，工作转速低于一阶临界转速的轴叫刚性轴一般透平膨胀机是采用的刚性轴，对于柔性轴的离心式压缩机来说，如采用汽轮机拖动时，启动后在升速的过程中，要注意一阶临界转速的范围，应尽快越过临界转速，以免