空分设备及工艺介绍

空分设备及工艺介绍1/9/20231

近年来,随着国民经济的高速发展,为冶金、石化、化工和航天等工业领域配套的大中型空分设备得到迅速发展和广泛的应用。作为我国重大装备工业的空分设备制造业,已经走过了半个多世纪的历程,特别是在国内经济高速发展的浪潮中,国产空分设备业主久了辉煌的业绩;近10年来,空分设备的制氧规模从15000m3/h等级扩展到50000m3/h等级;每年生产的空分设备制氧总量也从每小时十几万立方米增加到一百万立方米。与此同时,空分技术也得到了迅速的发展和应用,如采用规整填料塔及全精馏无氢制氩技术、新型的内压缩流程技术、先进的高级控制技术、各种先进配套部机的应用更完善的安全运行和操作技术等.1.介绍1/9/20232特别是近5年,我国新建和在建空分设备的制氧总量超过了以往50年的总量;技术的发展和应用比历史上任何时期都迅速和频繁.我公司采用10000m3/h空分采用液氧自增压流程.是在*****行业首家利用深冷法制氧、全面使用纯氧燃烧技术的企业，*****行业是空分设备又一新的应用领域。1.介绍1/9/20233

我公司制氧站于****年初筹划立项，******中旬开始破土动工，******顺利结束空分设备的裸冷工作，并对部分缺陷进行处理。****日进行空分设备的常温启动，历时约60小时，空分设备顺利出氧，一次开车成功，并向***炉送出合格氧气！1.介绍1/9/202341.介绍空气分离方法变压吸附分离变压吸附法是利用分子筛对氧或氮的吸附性能不同的特性，且通过压力变化而实现氧氮分离的方法。一般产品纯度不高，回收率低。膜分离膜分离法是利用膜对氧氮透过性不同进行空气分离，氧纯度很低。也是一般产品纯度不高，回收率低。精馏分离1/9/202351.介绍精馏设备下塔、主冷凝蒸发器上塔、主冷凝蒸发器粗氩Ⅰ、粗氩Ⅱ、粗氩冷凝器纯氩蒸发器、纯氩塔、纯氩冷凝器系统介绍：原料空气

空压机

空冷系统

热交换系统

纯化系统

膨胀机

加压预冷纯化制冷储存系统

产品压缩机或用户

精馏系统

换热气氧气氮液氧液氮控制系统计算机控制1/9/202362.概述精馏原理气化蒸发沸腾液化物相气液相平衡精馏1/9/202373.词汇气态化(气化)：将物质从液态变为气态并伴随着吸热的过程称为气态化，也就是经常简称的气化。蒸发：气态化如果只是从液体的外部自由表面产生，那么这种过程称为蒸发，并且在任何一个温度下可以取某一个速度进行。1/9/202383.词汇沸腾：气泡的生成如果不仅在液体的自由表面，并且在整个体积内进行，这种气态化称为沸腾。与蒸发的区别在于沸腾是在特定的温度(所谓的沸腾温度或沸点)下进行。液化（冷凝）：将物质从气态变成液态并伴随着放热的过程称为液化或冷凝。1/9/202393.词汇物相：如果系统状态的参数值在系统所有各点都是一致或者作连续的变化而没有突变，那么这种系统就称为单相的或均一的系统。具有一定数量并在整个质量中是物理性质均一的物质称为物相。如果用任意的方法将物相分成几部分，那么所有部分的状态是相同的。1/9/2023103.词汇汽液相平衡衡在封闭容器器中,如图图所示。在一定条件件下，液相相中各组分分均有部分分分子从界界面逸出进进入液面上上方气相空空间，而气气相也有部部分分子返返回液面进进入液相内内。经长时时间接触，，当每个组组分的分子子从液相逸逸出与气相相返回的速速度相同，，或达到动动平衡时，，即该过程程达到了相相平衡。平平衡时气液液两相的组组成之间的的关系称为为相平衡关关系。它取决于体体系的热力力学性质，，是蒸馏过过程的热力力学基础和和基本依据据。相平衡是物物质在各相相之间分布布的平衡。。达到平衡衡之后，各各相的组成成和数量不不随时间改改变.12/29/202211精馏：先将将气体混合合物冷凝为为液体，然然后按照各各组分蒸发发温度的不不同将他们们分离的过过程。精馏的原理理：将空气气冷凝为液液体，然后后按照各组组分蒸发温温度的不同同将空气分分离。（通通俗的讲就就是多次部部分蒸发部部分冷凝））3.词汇在一个标准准大气压下下，氧被冷冷却到90.188K，氮被被冷却到77.36K，氩被被冷却到87.29K都变成成液态。t＝T－273.1612/29/2022124.精馏馏原理4.1单单组分汽汽－液相相平衡压力与温温度的关关系式：：P=ψ(T)饱和蒸汽汽压曲线线汽液相平平衡曲线线液相区气相区气相区临界点12/29/2022134.精馏馏原理氧蒸汽压压与温度度曲线12/29/2022144.精馏原理理氮蒸汽压与温温度曲线12/29/2022154.精馏原理理氩蒸汽压与温温度曲线12/29/2022164.精馏原理理4.1一次次部分汽化和和多次部分汽汽化xFx1y1加热器分离器冷凝器特点：分离效效果差12/29/2022174.精精馏原原理（（一次次部分分汽化化t-x-y））x或y温度t0100组分％％ABFLCG泡点线线露点线线xFyFt1x1y1xwP＝定定值12/29/2022184.精精馏馏原原理理4.2多多次次部部分分汽汽化化12/29/2022194.精精馏原原理（（多次次部分分汽化化）xFx1x2x3y1y2y3y3或xD分离器器分离器器分离器器加热器器加热器器冷凝器器冷凝器器冷凝器器加热器器12/29/2022204.精精馏原原理（（多次次部分分汽化化t-x-y））x(y)温度t0100组分％％ABFLxFy3t3x1y1xwP＝定定值123y2x2x3t2t112/29/2022214.精精馏原原理（（多次次部分分汽化化）xFx1x2x3y1y2y3y3或xD多次部部分汽汽化的的缺点点：流程过过于庞庞大；；设备费费用极极高；；部分汽汽化需需要加加热剂剂；部分冷冷凝需需要冷冷却剂剂；能量消消耗大大；纯产品品的收收率很很低。。12/29/2022224.精馏馏原理4.3多多次部部分汽化化带回流流12/29/2022234.精馏原理理（多次部分分汽化带回流流）原料V0L1V1L0Vn-1VnLnLn-1L3V2Vn-2冷源加热蒸汽L’0L’1L’2V’1V’2V’3V’n-1L’n-1V’nL’n热源12/29/2022244.精馏原理理（带回流多多次部分汽化化t-x-y）x(y)温度t0100组分％ABFLxFy3x1y1xwP＝定值y2x2x312312/29/2022254.精馏原原理（多次次部分汽化化带回流））12/29/2022264.精精馏馏原原理理（（多多次次部部分分汽汽化化带带回回流流））塔板板的的作作用用塔板板的的作作用用是是提提供供气气液液分分离离的的场场所所；；每每一一块块塔塔板板是是一一个个混混合合分分离离器器，，并并且且足足够够多多的的板板数数可可使使各各组组分分较较完完全全分分离离。。因因此此每每一一块块塔塔板板是是一一个个混混合合分分离离器器，，经经过过若若干干块块塔塔板板上上的的传传质质后后（（塔塔板板数数足足够够多多）），，即即可可达达到到对对溶溶液液中中各各组组分分进进行行较较完完全全分分离离的的目目的的。。12/29/2022274.精馏馏原理（（多次部部分汽化化带回流流）回流的作作用回流的主主要作用用就是提提供不平平衡的汽汽液两相相，而构构成汽液液两相接接触传质质的必要要条件。。精馏塔内内由于塔塔顶的液液相回流流和塔底底的汽相相回流，，为每块块塔板提提供了汽汽、液来来源。12/29/2022284.精精馏原理理4.4氧氧、氮氮混合物物汽液相相平衡曲曲线12/29/2022294.精精馏馏原理理4.5氧氧、氮氮混合合物汽汽液相相平衡衡曲线线12/29/2022304.精精馏馏原理理4.6氧、、氮精精馏12/29/2022314.精馏馏原理4.7筛筛板工作示示意图12/29/2022325.精馏馏设备与操操作精馏塔分类类板式塔精馏塔填料塔12/29/2022335.精精馏设备备与操作作板式塔12/29/2022345.精精馏设备备与操作作填料塔12/29/2022355.精精馏设备备与操作作5.1填填料塔塔填料塔以填料作作为气液液接触元元件，气气液两相相在填料料呈中逆逆向连续续接触。。12/29/2022365.精馏设设备与操作填料分类填料实体填料网体填料拉西环θ环十字环螺旋环短拉西环鲍尔环-阶梯梯环鞍形填料弧鞍形（马鞍鞍）填料矩鞍形（槽鞍鞍）填料波纹板填料栅条填料θ网环双层θ网环压延孔环网鞍填料波纹网填料空分设备用12/29/2022375.精馏设设备与操作填料塔特点：：压力降小，生生产能力大。。由于它是规规整结构，故故压力降较——般乱堆填料料低，因而空空塔速度可以以提高。由于其结构紧紧凑，具有很很大的比表面面，且填料的的结构能促进进气液分布均均匀化，使传传质效率提高高。操作弹性大。。12/29/2022385.精精馏馏设备备与与操作作空分设设备中中的填料及及内件件12/29/2022395.精精馏馏设设备备与与操操作作空分分设设备备中中的的填填料料及及内内件件————波波纹纹板板填填料料12/29/2022405.精精馏馏设设备备与与操操作作空分分设设备备中中的的填填料料及及内内件件————填填料料支支撑撑12/29/2022415.精精馏馏设设备备与与操操作作空分设备备中的填填料及内内件———填料压压圈12/29/2022425.精精馏设备备与操作作空分设备备中的填填料及内内件———液体收收集器12/29/2022435.精馏设设备与操作空分设备中的的填料及内件件——液体分分布器12/29/2022445.精馏设设备与操作5.4操作作5.4.1板板式塔正常鼓泡：蒸蒸汽上升的速速度达到一定定数值后，塔塔板上就会出出现全面均匀匀的鼓泡，气气体激烈的搅搅动着液体，，使液体呈薄薄膜状半悬浮浮地运动着，，气、液相接接触最好。同同时有少量的的液体被喷成成雾沫分散在在气相中。12/29/2022455.精馏设设备与操作不均匀鼓泡：：蒸汽上升的的速度较小，，只能在塔板板上的局部地地区以链状气气池的状态穿穿过液层，鼓鼓池地区也是是不固定的，，在不鼓泡地地区液体将从从小孔中漏下下。不均匀鼓鼓泡义称液漏漏现象。在不不均匀鼓泡时时气、液相的的接触很差，，是设汁和操操作时不允许许出现的。12/29/2022465.精馏馏设备与操操作雾沫夹带：：蒸汽速度度进一步增增大，或板板间距太小小，没有足足够的使气气、液分离离的空间时时，蒸汽将将夹带着液液体上升到到另一块塔塔板上，使使塔板效率率降低，这这种情况称称雾沫夹带带，在筛板板塔设计中中是不允许许的。12/29/2022475.精馏馏设备与操操作液泛：蒸汽汽速度过大大，使塔板板阻力过大大，液体不不能从上——块塔板流流到下一块块塔板，气气、液相间间的对流停停止，精馏馏工况被破破坏，这种种情况称为为液泛。液液泛是塔板板设计及操操作时绝对对不允许的的。12/29/2022485.4.2填料塔塔可用填料层层的△p/z~u关关系图来说说明，下转转折点称为为“载点””，上转折折点称为““泛点”，，将△p/z~u关关系线分为为三个区域域。①恒持液液量区持液量：操操作时单位位体积填料料层内持有有的液体体体积。气速较低时时，液体的的流动与气气速无关，，所以持液液量不变。。12/29/202249②载液区气速增大到一一定时，气流流开始阻碍液液体下流，持持液量开始增增加，出现拦拦液现象，此此点为载点。。③液泛区气