空气分离设备.doc

空气分离设备将空气液化精馏最终分离成为氧氮和其它有用气体的气体分离设备简称空分设备。它的最低工作温度为 77K。空气是气体的混合物干燥空气的组成见表1 干燥空气的组成。 简史 空气曾被称为“永久气体”。到19世纪末人们发现在深低温下空气也能液化并因氧氮沸点不同可以从液化空气中分离出氧气和氮气。第一台商品化的制氧机于1903年制成它最初只是用于金属的气焊和切割。30年代末氮肥工业需要氮气制氧机发展到能同时生产氧气和氮气改称空气分离设备。到50年代由于吹氧炼钢和高炉鼓风工艺的推广应用以及氮肥工业的迅速发展空气分离设备向大型化发展并应用了近代的科研成果如采用透平压缩机透平膨胀机板翅式换热器微型计算器和分子筛吸附器等设备之后空气分离设备不断得到改进和完善设备中的空气压力从高压(20兆帕)降到低压(小于1兆帕)单位产品的电耗也逐渐下降(每立方米氧的电耗从1.5降至0.6千瓦小时)。现代空气分离设备能生产各种容量不同纯度的气态或液态产品也能制造超高纯度的氧和氮(如含氧99.998和含氮99.9995)。空气分离设备还能根据用户的需要通过电子计算器的控制随时增减产品的数量达到经济用氧的目的。到80年代大型空气分离设备的氧气生产能力已达到70000米3 /时空气压力下降到0.36兆帕连续运转周期可达2年以上。 分类 空气分离设备是由多种机械和设备组成的成套设备常按空气压力来分类。常用的有高压中压和低压3种(表2 各种类型空分设备的主要特性 )。 选择设备类型时应考虑产品种类容量和纯度的要求以及电耗安全连续运转周期等因素。 低压设备由于电耗低连续运转周期长经济效益高被广泛采用。 低压空气分离设备 图 1 低压空气分离设备简图 是低压空气分离设备简图。整个设备由空气压缩系统杂质净化和换热系统制冷系统和液化精馏 4个主要系统组成。相应的机械设备有空气透平压缩机空气冷却塔透平膨胀机和分馏塔等。低压空气分离设备的工作原理(图2 低压空气分离设备的工作原理图 )建立在液化循环和精馏理论基础上。进入的空气先经空气过滤器而后由透平压缩机空气冷却塔压缩和冷却到压力为0.5兆帕温度为303K左右再进入切换式换热器(E1E2)。两换热器能清除空气中的水和二氧化碳并进行热交换把空气冷却到接近液化温度(101K)后送入下塔从下塔抽出一部分空气送到换热器(E2)加热。加热的空气与下塔来的少量冷空气汇合后进入透平膨胀机绝热膨胀产生需要的冷量然后被送往上塔精馏。余下的空气在下塔初步精馏。在底部得到含氧38的液化空气在下塔的顶部得到含氮 99.99的纯液氮在中部获得含氮约95的污液氮。液化空气纯液氮污液氮分别从下塔抽出通过节流阀减压到约0.05兆帕送入上塔作回流液在此进行第二次深低温精馏在上塔底部得到含氧99.699.8的高纯度氧气流经换热器(E4E2E1)与空气进行热交换升温到大气温度后排出塔外。在上塔顶部获得含氮99.999的高纯度氮气在上塔中部得到含氮约96的污氮均经换热器(E3E4E2E1)复热到大气温度后排出装置。位于上下塔之间的冷凝蒸发器也是一种换热器它的功用是通过换热将上塔底部的液氧蒸发而将下塔的气氮冷凝故称冷凝蒸发器。液氧蒸发后一部分作为产品输出其余部分作为上塔精馏所需的上升蒸气。下塔冷凝的液氮一部分送往上塔作上塔回流液另一部分作为下塔精馏所需要的回流液。因此冷凝蒸发器是使上下塔能起精馏作用的不可缺少的设备之一。除上述主要设备外冷箱内还有吸附器它能吸附未被冻结在换热器(E1E2)中的杂质二氧化碳和易爆物质。箱内还设有液氧泵使液氧循环流动和清除致爆物质以保证设备的安全运转。在低温下工