空气分离设备

精品文档 1欢迎下载 空气分离设备空气分离设备 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 精品文档 2欢迎下载 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 精品文档 3欢迎下载 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 E1 E2 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 6 99 8 的 高纯度氧气 流经换热器 E4 E2 E1 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 E3 E4 E2 E1 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 E1 E2 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 在低温下工作的换热器 塔 液氧泵和透 平膨胀机等都装在填充有绝热材料的冷箱内 以减少冷量损失 出冷箱的产品氧气和氮气 再 送往贮存系统和透平压缩机内升