PX-OPS-AIRINTRO-ILT-STD空气分离的介绍课件

空气分离的介绍修订日期:2007.1目录基本介绍空气压缩和冷却净化换热透平膨胀机液化流程热集成主冷凝器精馏多塔流程氩精制2第一部分:

基础理论

空气分离的介绍修订日期:2007.1培训目标明确空气中的组分和杂质质量守恒原理回顾热力学基本理论4空气的构成空气的组分

%体积含量

氮气（N2） 78.10%

氧气（O2）

20.96%

氩气（Ar）

0.94%空气中的杂质

%体积含量

水 0.1to2.8%

二氧化碳（CO2） 350-500PPM

碳氢化合物

1-6PPM5质量守恒原理物质即不能创造，也不能消失，只能以一种状态转换成另一种状态热力学第一定律总的物质输入=总的物质输出对空分单元(ASU’s)总输入气流=总流出气流(气态氮,液态氮,污氮气,氩,气态氧,液态氧)该原理同样适用于整个空分装置里的每个单独的单元O2输入量=0.20946*空气的流量=O2

输出量6基本流程图7主压缩机再生气风机再生加热器纯化器直接接触冷却器粉尘过滤器

冷却水来水污氮ColdBox管道氮气氮气压缩机管道氧气氧气压缩机液氧液氮液态氩气空气压缩空气冷却杂质的移除分离和液化产品蒸发冷却器空气过滤器冷箱冷却水来水基本的热力学观点绝对压力绝对温度显热汽化热潜热冷凝露点凝结热热力学属性之间的关系气液之间体积和温度的关系8绝对压力压力标定用PSIGPSIG表示的是仪表压力，而不是绝对压力(PSIA)表压和绝对压力之间的转化公式如下:

绝对压力(PSIA)=表压(PSIG)+标准大气压9绝对温度大部分温度标定都是用华氏温度（F）或者摄氏度（C）来表示的两种温标有其各自的优点在低温过程中，最好使用绝对温度(K或R)来表示下面是换算公式:

degK=degC+273.15 degR=degF+459.6710显热比热是指质量为1磅（lb）的物质升高1华氏度（F）所需要的热量水的比热=1BTU/lb/F11汽化热当我们给液体加热时，在达到该液体的沸点之前，其温度会一直上升在达到沸点时，该物质的温度不会随着加热而继续上升此时该物质的状态会有所变化，将会由液态变为气态物质从液态变为气态时所需热量就称作该物质的汽化热12潜热汽化潜热是指将一磅重的液体转化成一磅重的气体所需要的总热量水的汽化潜热=970BTU/lb13SensibleHeat冷凝冷凝和蒸发是两个相反的过程在达到露点温度前，气体放热，其温度会降低在达到露点温度时，放热不会降低该流体的温度此时流体由气态变为液态14露点和凝结热露点纯物质的露点=沸点对于水来说,沸点=露点=212°F,100°C凝结热对于所有物质而言，汽化热和凝结热的数值是一样的15纯液体和纯气体的特性16流体可能存在下面三种状态过冷液体饱和液体/蒸汽过热蒸汽

纯液体和纯气体的特性流体@14.696PSIA沸点汽化热氮气（N2）77.4K85.6BTU/LB氩气（Ar）87.3K69.6BTU/LB氧气（O2）90.2K92.0BTU/LB水（H2O）373.2K970.2BTU/LB17热力学属性之间的关系对一个给定的物质，下列属性间存在一定的关系压力（P）温度（V）体积（T）18水的体积和温度的关系19液体和气体的温度压力

之间的关系当一个物质由液态变为气态时，它的体积会变的非常大同时它的密度相应的会变的很小(质量/立方英尺)20安全原理:

当体积一定时，流体由液体转变为气体，它的压力会变的很大流体@14.696PSIA液体密度(LB/ft3)气体密度

(LB/ft3)膨胀因子@低温膨胀因子@环境温度氮气50.50.28180697氩气87.10.36244842氧气71.20.28254860基本的热力学观点举例盲短泄压阀（LineBlock）是用来防止被聚积在两个阀门之间的液体，由于气化而造成管路爆破利用膨胀因子，在没有盲段泄压阀（LineBlock）时，我们可以知道聚积在两个手动阀之间的液氧气化后的压力值。假设两个阀门间液体的压力为5PSIG，所有的压力都由管路承担且管路没有爆破假设我们处在海平面液体的最初压力=5PSIG+14.696PSI=19.696PSIA气体的最终压力=19.696PSIA*254=5000PSIA21小结了解空气的组分以及其他杂质描述了质量守恒原理了解了热力学的基本理论22第2部分:

空气压缩和冷却

空气分离的介绍修订日期:2007.1培训目标空气压缩机（BLAC）的部件描述离心压缩机结构和特点空气压缩机的控制组件空气冷却技术及其特点24空气压缩机用途：在空气分离单元（ASU）中用来压缩空气压缩机的部件ASFH—入口空气过滤器离心式压缩机空气端设备机械端设备排气阀和消音器控制系统空气冷却25压缩系统整体结构图26离心压缩机分解图27压缩机导流叶片28全开式的导叶半开式导叶环境的影响离心式压缩机是设计用来压缩气体的比容积。一定体积的气体的分子个数是由温度决定的当空气温度升高时通过第一级的流量下降冷却剂的温度升高中间冷却器的出口温度同时上升随后各级的流量下降空气中的含水量可能上升压缩机必须压缩更多的水分空气中的水分占据了压缩空气空间，造成空气流量下降29压缩机的使用限制流量范围喘振限定了其最低流量导叶片全开限制最大流量压缩机的压力和流量之间的关系系统阻力曲线喘振脉冲流体倒流导致不稳定状态喘振原因压力增加流量下降防喘振的控制方法喘振控制线喘振停车线当工作点进入喘振控制区时，喘振控制将会打开放空阀。30压缩机控制系统导叶的控制JIC—功率控制FIC—流量控制HIC—手动控制放空阀的控制PIC—压力控制UIC—喘振控制HIC—手动控制31空气冷却技术空气冷却的优点低温时，分子筛的吸附性更好(TSA)降低了空气中的水分含量空气冷却技术中间冷却器后冷却器冷冻机(TSASystems)使空气温度降到40–50°F空气直接冷却系统DSA—双级冷却器DCA—直接接触式后冷却器32空气冷却工艺冷却器管壳式换热器空气在壳程水在管程冷却剂使空气温度降低3-15°F趋近温度:

冷却器的出口气体温度减去水的进口温度温升：

冷却器出口水温减去其进口水温33级间冷却器34空气压缩和冷却除水35Water,GallonsTemperature,°F空气直接冷冻系统第一步:后冷却器是用冷却水来冷却空气的第二步:

接着冷冻机直接使空气冷却(如：空调)热量在冷冻机里面由空气转移给制冷剂第三步:

将空气中的水用水分离器去除36CWSCWRAIR附连水冷冻机水分分离器后冷却器冷却水进冷却水出电机双级后冷却器在冷却器壳里面进行冷却和冷冻在两个换热器中，水都是用来作为换热的载体用泵将冷冻水在DSA系统打循环(闭合环路)冷动机将水冷却到40°F37CWSCWR双级后冷却器冷冻机冷冻水空气泵除水器附连水冷却水进冷却水出电机空气冷冻去除水分38Water,GallonsTemperature,°F冷冻机去除水分（GallonsperMillionCubicFeet）小结BLAC的各组件掌握离心压缩机的分解图和其特点BLAC控制系统空气冷却技术及其特点39第3部分:

空气净化

空气分离的介绍修订日期:2007.1培训目标普通杂质定义

净化工艺及其特点描述41净化空气中的杂质像H2O、CO2和N2O这些杂质会凝结堵塞冷箱碳氢化合物达到一定浓度时会有燃烧的危险乙炔轻组分—甲烷，乙烷，丙烷空气净化技术的分类TSA—变温吸附纯化器PSA—变压吸附纯化器RHX—可逆式换热器CEGT—冷端吸附器(较旧的工艺)RGT—循环吸附器(较旧的工艺)42变温吸附纯化器概述变温吸附纯化器的操作变温吸附纯化器的设备阀门2个或者3个净化床

加热器粉尘过滤器变温吸附纯化器的控制系统纯化器的循环步骤和定时器COPSA-40-3变温吸附纯化器的的性能冷吹峰值温度曲线43变温吸附纯化器的操作循环时间~4to8hours吹扫/进料比例~6to15%进料温度在40Fto60FTin<Tout

因为有吸附热的存在44变温吸附纯化器的设备45

从PHX来的

污氮再生加热器滤尘器去冷箱的空气纯化器容器40–60°F300–575°F孔板变温吸附纯化器的设备46

20筛孔13X1/2”球面支座1/4”AluminaB.S.1”球面支座D2012”球面支座TCTC*1500TPD立式复合床变温吸附预净化器的设备47变温吸附纯化器的设备48床层里填充特定的吸附剂氧化铝吸附剂97%H2O13X分子筛吸附剂3%H2OCO2乙炔C4+大部分的C3再生加热器用加热污氮去再生床层可以设计使用下列方式来加热：天然气电力蒸汽出口温度取决于床的类型复合床=400°F全分子筛床=600°F49粉尘过滤器去除纯化器出来的筛尘，保护冷箱有一个压差表指示器高的压差表明筛网穿透了。导致筛网穿透的原因原料质量很差高流速造成的流化现象长时间的磨损50变温吸附纯化器的控制纯化器循环工作的步骤当一个床再生时，另一个是在工作的控制系统来控制整个循环，每一步都是时间控的51变温吸附纯化器的控制管道气空分设备都配备了CO2

分析仪直接测量床层下游的CO2

浓度如果存在CO2

，则说明床层已经超负荷运作CO2

报警点是1PPM关键运行参数(COP)SA40-3以下状况可能会造成设备停车CO2

浓度高于2PPM的时间超过2小时CO2

浓度高于3PPM的时间超高30分钟5个连续循环，每次循环末端CO2

浓度超过3PPM瞬间浓度高于10PPM或者更高52变温吸附纯化器的性能53变温吸附纯化器的性能54TopofBedBottomofAluminaBottomofSieveVentPipe小结普通杂质净化技术及其特点55第4部分:

换热

空气分离的介绍修订日期:2007.1培训目标定义换热原理描述了换热在空分单元中有哪些应用明确了换热技术及其设备57换热的综述换热的原理在空气分离单元中的应用主换热器液化器产品过热器和过冷器换热技术和设备控制系统58换热原理换热方法热辐射热对流热传导热力学第二定律(释义)热量总是由高温物体转移到低温物体59换热原理传热速率的基本计算公式如下所述在换热过程中，传热推动力是温差60传热速率=推动力

阻力T1-T2R=主换热器(PHX)在精馏过程中，产物一般处于其露点温度原料进入精馏塔时，它的温度应尽可能的接近其露点温度换热器的主要作用是使产品复热，使进料空气冷却61过热器由于上塔的压力小于下塔，所以它的产品温度比进入下塔的空气低得多，因此，在进入主换热器之前产品必须预热过热器通过内部介质流提高产品的温度。62过热器63过热器64液态氮气污氮产品氧气上塔透平膨胀机空气产品氮气上塔下塔氮气过热器PHX液态氩气粗氩塔液态氧气液化器换热进入液化器换热器有两股进料高压、常温的N2(700PSIG)低压、低温N2(60PSIG)N2，已经膨胀冷却流体在换热器中实现热交换低压流复热至常温；高压流从常温冷却至深冷温度随着高压氮气冷却，它也被液化。65液化换热器66铝合金换热器(BAHX)高效的换热设备多种用途能应付高压和低温即使是温差很小时也能使用由于其接触面是一个很薄的铝层，所以其热阻很小在表面增加翅片来增强换热效果67#1:BAHX流程配置#2:BAHX基本结构铝合金换热器(BAHX)应用广泛主换热器和过热器液化器主冷凝器（旧工艺）和粗氩冷凝器换热器单元的大小是有限的,所以多个换热器并联使用MPL2液化器2换热器MPL4液化器

4换热器主换热器（PHX）的换热器由1个到12个不等，甚至更多68小结换热原理换热器在空分单元中的应用换热技术及其设备69第5部分:

透平膨胀机修订日期:2007.1

空气分离的介绍培训目的制冷过程以及其在空气分离过程中所起的作用制冷透平膨胀机的原理及其应用空分单元中哪些地方用到了制冷透平膨胀机71制冷为什么空气分离过程需要制冷?热泄露热端(WE)

热损失液体产品72制冷如何在低温过程中移除其中的能量？能量的形式—热、功、电膨胀制冷是以对外做功的形式来移除的能量

T-Plant和N-Plant中空气膨胀N-Plant中污氮膨胀液化器中N2膨胀73制冷透平膨胀机气体膨胀时，其温度降低74高压低压发电机，泵压缩机，等.P=100PSIAT=-172°FP=24PSIAT=-260°F制冷透平膨胀机气体膨胀工作流程转轴对外做功75高压低压发电机，泵，压缩机等马力制冷透平膨胀机的负荷那么,如何处理这些能量?76<50hp>50hp丢弃不用

利用油制动

压缩机发电机压缩流程中的工艺介质将发的电卖给电网没有变速箱有时候有变速箱几乎都有变速箱制冷透平膨胀机转子部分(a.k.a.转子)透平叶轮轴定子部分轴承密封件喷嘴透平扩压器压缩机扩压器外壳或基座轴承座透平机壳压缩机蜗壳/压缩机外壳77制冷透平膨胀机的截面图78空分单元中的制冷透平膨胀机根据所需制冷量来决定其应用UCT—上塔透平膨胀机中度热泄露和热端损失，一般生产氩气的装置；管道供气的T-plants膨胀量至总空气量的10%LCT—下塔透平膨胀机允许有一些液体产品，液体总量不超过空气量的30%管道供气T-Plants,大的

N-Plants膨胀量占进口空气量的60to100%单独的液化器单独液化器的T-plant可以使空气的90%都转化为液体，通过向主塔注入液氮补充冷量。79上塔透平膨胀机(PL2-XL)80下塔透平膨胀机81液化器82小结明确了制冷过程及其在空分过程中所起的作用描述了制冷膨胀机的原理和应用明确了空分过程中哪些地方都用到了制冷膨胀机83第6部分:

液化流程修订日期:2007.1

空气分离的介绍培训目标液化器如何操作及在哪些地方应用液化器的组成TLA和MPL循环之间的差异85液化流程液化器是指在空分单元中，将产品氮气液化的设备，液化器将加热和冷却集成在一起。生产出的液氮既可以返回空分单元中，也可以直接作为产品储存86液化流程应用一般用于生产相当于进塔空气量的25-90%的液体量液化过程通常是在一个相对封闭的冷箱中完成的投资大液化器设备进料压缩机(可选)循环压缩机透平膨胀机机/增压机换热器87液化流程制冷是分两步来完成的两个独立的膨胀机(并联的)使氮气由环境温度达到其液化温度热端膨胀机将N2

温度由243K降到154K*冷端膨胀机将N2

温度由168K降到97K*液化透平膨胀机使N2

压力由650PSIA膨胀到68PSIA*膨胀比几乎是10倍任何气体当其膨胀10倍时，其叶轮速度将接近马赫速率结果是这两股氮气可以用来冷却和液化一股纯氮气流。88*TLAprocessvalues液化器为何如此高效?双透平膨胀机透平膨胀机能提供所需的最大冷量使不同流股之间的温差最小高膨胀比经过透平膨胀机后气体有很大的温度下降89质量守恒出料=进料出料生产的液氮泄露进料进气压缩机提供从下塔抽出的气体(热的或者冷的)

对于液化器而言,

进料流量比循环流量要小的多90液化器热端进气压缩机相对于循环压缩机来说进气压缩机很小用来压缩低压N2

使其进入液化循环进口压力=15PSIA出口压力=66PSIA循环压缩机设备大，功率高循环流量=进气流量+返流流量进口压力=66PSI出口压力=436PSI91液化器热端增压压缩机给整个循环流股增压使氮气由循环压缩机排气压力增压到氮气液化压力进口压力=436PSIA出口压力=660PSIA增压机是并联的同样的进口压力同样的出口压力92液化器热端增压机流量的分配两个增压机的压缩比相同两个增压机流量相同热端透平膨胀机与冷端透平膨胀机膨胀量相同吗?相同的膨胀比冷端透平膨胀机流量=1.7x热端透平膨胀机流量入口温度热端透平膨胀机(WT)入口温度=244K冷端透平膨胀机(CT)入口温度=167K93TLA液化流程TLA过程液化过程必须和下塔相结合高压液氮没有过冷度，不能直接送入储罐，因为闪蒸损失太大。高压LN2:660PSIA,97K储罐LN2:15PSIA,80K在TLA设备中,塔的运行和液化器运行直接相连系，这是整个系统的主要缺点。94TLA液化器的设计95*A/C=后冷却器HP中压液化流程MPL(中压液化器)流程产出的液氮处于19.5PSIA和80K液氮可以直接储存MPL是一个单独的液化器中压液化器的调整不会对整个塔的操作造成影响如果有足够的氮气供应，中压液化器可以随时投用。96MPL流程用闪蒸罐使液氮过冷在闪蒸罐里面的冷却流是一小部分分支流体，它是应用焦耳-汤姆逊效应膨胀和冷却的当分支流体由700PSIA膨胀到20PSIA,其变冷并且部分液化液体被收集在罐里面用来使主液氮流股冷却97P=700PSIAT=97KP=20PSIAT=79K17%ofFlow小结描述液化器的一些操作注意事项及其应用明确液化器的各部件区分TLA和MPL循环之间的差异98第7部分:

热集成

空气分离的介绍修订日期:2007.1培训目标描述热集成在以下过程中的应用:空气分离单元(ASU)(N-Plant)混合循环100空分单元中的热集成化工厂里面一般用公用流体来冷凝和蒸发冷却水氟里昂蒸汽普通的公用流体在空分过程中是不行的低温度排除了使用任何外部流体的可能；蒸发和冷凝必须在内部流程中完成。101空分单元中的热集成最有效的提供蒸发和冷凝作用的是在换热器中进行蒸发和冷凝过程。这样可以使热量由冷凝流体转移到蒸发流体当中102HeatTemp1Temp2液体冷凝流体蒸发流体蒸汽空分单元中的热集成热力学第二定律指出流体之间必须有温差才能发生热量传递Temp1>Temp2冷凝流体的露点>蒸发流体的沸点103液体冷凝流体蒸发流体蒸汽HeatTemp1Temp2空气分离单元中的热集成流体的露点/沸点取决于:组分压力因此,可以根据调整流体的压力来使其达到需要的状态104N-Plant热集成蒸发流股组分=56%N2

2%Argon

42%O2压力=19PSIA沸点=87冷凝流股组分=纯N2(10ppmO2)压力=48PSIA露点=89K主冷凝蒸发器温差T=2K105Air(Vapor)LN2Product<10PPMO2Waste56%N22%Argon42%O2P=51PSIAP=48PSIAT=89KP=19PSIA,87KMainCondenser混合循环中的热集成下塔的操作压力比上塔高将两个塔“集成”在一起，既可以生产氧产品

，又可以生产氮产品。整个过程的核心是主冷凝器，因为它给下塔提供了回流液，同时又给上塔提供了蒸汽。106N2

产品<10PPMO2杂质P=80PSIAP=19PSIAT=93K主冷凝器O2

产品99.5%空气(蒸汽)P=77PSIAT=95K上塔下塔小结描述了热集成在以下几个单元中的应用:空气分离单元N-Plants混合循环107第8部分:

主冷凝蒸发器

空气分离的介绍修订日期:2007.1培训目标主冷凝蒸发器的特点及其重要性主冷凝蒸发器的安全性以及故障的后果主冷凝蒸发器的不安全运行状况主冷凝蒸发器的安全标准109主冷凝蒸发器主冷凝蒸发器有哪些特点?它驱动精馏进行给下塔提供回流液给上塔提供蒸气必须安全的蒸发塔釜的液氧主冷凝蒸发器的性能好坏直接影响进塔空气的压力主冷凝蒸发器如此重要，因此普莱克斯公司对其有特殊的技术110传热技术

HighFluxTM111下塔气氮液氮排出

上塔液氧上塔气氧上塔液氧传热技术

HighFluxTM应用氧产品蒸发器大容量冷凝蒸发特点结构紧凑，管壳设计简单普莱克斯专有的管道的多孔表面技术在沸腾/冷凝过程中传热性能更好比BAHX

安全展开区域大防止固体阻塞水,CO2,烃类112主冷损坏

克利夫兰113工厂的损害

贝尔，西弗吉尼亚114法液空—民都鲁（马来西亚）

爆炸事件115主冷的安全性燃烧的三个必要条件燃料氧气火源主冷凝器里面存在大量的氧气因此，所有的燃料的浓度都应该低于其爆炸极限的下限(LEL’s)甲烷5.1%inO2乙烷3.0%inO2116主冷的安全性足够的液体排出率：避免碳氢化合物聚集(含量最多不超过O2总量的1%)同样应该一直监测贮罐液体中碳氢化合物的量很多厂家都配有AE-11该设备是用来测量总碳氢化合物含量（THC）117主冷的安全性然而，即使在液体中几乎检测不到碳氢化合物，有两种情况仍会造成碳氢化合物局部聚集，。干蒸发死端蒸发结晶体造成通道堵塞珠光砂堵塞(仅限BAHX)118环境中轻质烃的含量(PPM)119种类UCIG/Linde数据手册美国公共服务组织塔夫脱林德公司未污染城市石油化工工业范围范围3hr样品平均.最大.CH41-31.6-102------C2H40-20.012-0.250.120.080.59C2H60.01-1.00.005-0.500.0320.101.27C3H80-0.10.05-0.400.0280.030.32主冷干蒸发120最低的塔釜液位高度是关键操作参数保证持最小吹扫比4:1(排出L/V)析出的碳氢化合物可在氧气氛围中点燃VVLL起始VV干蒸发两相沸腾冷凝氮通道不充足的液位碳氢含量高的液体或固体N2O,CO2

固体在换热器通道堵塞情况下

的死端蒸发121氧蒸发器伴随液氧蒸发，带有污染物的液体继续进入被堵塞段的上部碳氢化合物无限制地积聚。VVLL99.9+%O293.3K持续沸腾20psia99.5%O293.2K氮气在75psia,94.5K冷凝主冷的安全性

标准和规程SOP—60,主冷标准作业程序，取样程序确定多久你需要取一次样品COP—主冷的关键操作参数(氧蒸发器)SA40—4:

氧蒸发器中高的总碳氢含量SA40—5:高乙炔含量参见SOP63SA40—22:

氧蒸发器中高CO2含量SA40—31:氧蒸发器中高N2O含量122主冷凝器的安全性—底线HighFlux主冷凝蒸发器比其他任何技术本质都安全没有能量的释放主冷凝器的操作安全性CSS—关键安全系统知道COP运行范围必要时能自动停车使CSS符合SA39要求取样做实验室分析切勿旁路CSS或使CSS失效！123小结阐释了主冷的特性以及其重要性；描述了主冷的安全性以及故障的后果明确主冷一些不安全操作状况确定主冷的安全标准124第9部分:

精馏

空气分离的介绍修订日期:2007.1培训目标了解分离技术描述精馏和质量传递在空气分离中所起的作用阐释精馏塔板如何工作描述在空分塔中N2,O2和Ar如何精馏126分离技术在工业气体生产过程中应用了很多分离技术VPSA—真空变压吸附化学反应(去氧)精馏膜分离所有的分离工艺都是依据纯组分之间某些特定性质的差异来操作的，如尺寸的大小，反应活性等精馏操作是唯一一种可以将空气分离为三种纯组分气体/液体的技术127精馏的原理当各组分之间的沸点差别比较大时，精馏操作才有效。空气中各组分的沸点(露点)如下所示：128质量传递当蒸气穿过塔板上升时…O2

离开了蒸汽而进入液体N2

离开了液体而进入蒸汽为什么?129N2O2N2O2N2O2精馏塔板用来促进气液之间的接触它们的形状像圆盘液体通过一个U型路径通过塔板气体通过塔板的小孔穿过塔板130氮气精馏氮气精馏操作是靠在塔里面的连续回流来实现的回流液由塔顶的部分蒸气冷凝产生。经过一定的塔板数，回流液将进料空气中的O2

脱除131N-Plant循环N2

提取率~50%空气(蒸气)L产物N2D污氮主冷用精馏法将N2从空气

中分离氮气的纯度取决于:塔板数回流比

回流比R=L/D回流比高,产物纯度高回流比

高,提取率低对于N-Plants，其回流比R=50/50=1132空气(蒸气)LN2

产品<10PPMO2DN-Plant循环N2

提取率~50%污氮100KCFH50KCFH50

KCFH主冷用精馏法将氩气

从O2中分离133氩馏分90%O2+10%ArgonL粗氩2.5%O2D粗氩塔24KCFH1KCFHO2和Ar的沸点比较接近因此，用精馏法分离Ar比分离N2要困难的多R=L/D=23/1=23当回流比R=23,Ar中仍有少量O2存在小结了解分离技术描述精馏和质量传递在空气分离中所起的作用阐释精馏塔板如何工作描述在空分塔中如何用精馏方法将N2,O2和Ar分离134第10部分:

多塔流程

空气分离的介绍修改日期:2007.1培训目标描述双塔系统的特点区分双塔系统和三塔系统之间的不同明确影响氩提取的因素136双塔系统下塔生产纯氮，大部分产品以液体的形式抽出，作为上塔的回流液运行压力中等(65-100PSIG)上塔生产纯N2

和O2在低压下运行(3-7PSIG)137双塔系统138上塔顶部的回流液氮来源于下塔抽出的液氮

>99.5%O2<10PPMO2<10PPMO237%O2双塔系统流程图1391005570451020除了一小股污氮用于纯化器的再生，该工艺可以提取全部的N2和O2压力和温度14080PSIGT=104K3PSIG80K7PSIG95K下塔的运行压力比上塔的运行压力高为什么?76PSIG97K双塔流程在双塔流程中,没有氩富集区绝大多数氩气成分随污氮放掉UC1分离O2

和Ar141UC1三塔系统下塔生产纯N2,大部分以液体的形式抽出用作上塔的回流液在中压下运行(65-100PSIG)上塔生产纯N2

和纯O2UC1从O2中分离Ar在低压下运行(3-7PSIG)粗氩塔是设计用来除去氩气中的O2氩馏分大体由90%O2

和10%Ar组成氩馏分中仅仅含有微量N2(<500PPM)生产粗氩(96.5%Argon,2.5%O2,1%N2)在低压下运行(3-5PSIG)1423-ColLRC三塔系统143CrudeArgon96.5%Argon2.5%O21.0%N2三塔系统—氩富集区144LN21002423190%O210%Argon粗氩塔从上塔的氩富集处抽出氩馏分（富集区）三塔系统—氩富集区影响氩气富集的因素很多O2

产品纯度上塔的回流量氩馏分抽取量基于设计工况，可以找出这三个因素的理想结合点。145影响氩提取的因素—O2

纯度146假如O2

浓度在高于99.5%的浓度下运行，这会迫使氩富集区上升，从而减少氩的提取率LN299.9%O2绝大多数工厂O2

纯度不能低于99.5%影响氩提取的原因—上塔回流量147较大的回流量，氩馏分抽口处氩含量更高。LN2.25PPM回流比越大，分离效果越好！30100N2浓度必须低于3%影响氩提取的原因—氩馏分抽取量148当氩富集区氩含量高时，最好是最大的氩馏分抽取量，从而增加LRC的回流比。LN23PPM在低氧浓度和最大回流的情况下会有很好的氩气富集区形成4510099.6%O222+21N2

浓度小于3%LRC进料量受限于进入塔内的N2量影响氩提取的原因—氩塔氮塞149假如N2

在粗氩塔的顶部聚集，冷凝器就会停止工作同时造成进粗氩塔的流量减小。LN2CrudeArgon92.5%Argon2.5%O25.0%N2P=5to10PSIGP=3PSIGP=6PSIG影响氩提取的因素1505PSIGKettlePressure2.5oCrudeArgonDewPoint小结描述了双塔流程的特点双塔过程和三塔流程的不同了解影响氩提取的因素151第11部分:

氩气的精制

空气分离的介绍修订日期:2007.1培训目标氩气精制过程氩气精制的主要组分粗氩塔的主要组分普莱克斯对于氩气精制的纯度要求153氩蒸气进料精制流程154氩气换热器经燃烧和干燥后的氩气与从来自粗氩塔的粗氩进行换热，氩气被冷却至深冷温度（粗氩被加温至环境温度）；两个并联的换热器，每次只有一个在工作如果氩气不够干燥，会堵塞换热器，这时一个换热器加温吹扫，另外一个换热器则投入运行。正常的水分积累(氩气中水的含量低于2ppm)可以将换热器两年左右加温一次假如氩气压缩机太小，则两个换热器可以一起使用这会减少粗氩气的压力降，同时可以增加压缩机的进口压力155氩气压缩机将粗氩气压缩到大概65psig这一压力是精制过程再沸器所必须的压力压缩机类型1990年之前往复式压缩机应用比较多控制系统粗氩气的产品流量由分程控制阀控制0–50%流量控制器输出控制压缩机回流阀开度为0–100%50–100%流量控制器输出控制粗氩气的放空阀门开度为0–100%压缩机通常都是回流压缩。156接触反应法移除氧气—除氧炉在压缩机出口处将H2

加入到粗氩气当中H2

和O2在粗氩中反应变成H2O(在钯催化剂表面)过量H2以使O2完全转化为H2O

最终的O2残余量为1-2ppmO2粗氩中每1%氧气都会使粗氩气的温度升高175°C由于关键操作参数（COP）的限制，粗氩中O2的含量不能高于2.5%，这样除氧炉的温度才能低于其600°C的设计温度。157氩气冷却器和冷冻机冷却器使从除氧炉里出来的氩气冷却使氩气温度由600°C降到接近冷却水的温度使在除氧炉里生成的水冷凝水被水分离器除去冷冻机单独的制冷单元或冷冻水并非所有的流程都使用使氩气温度降到

40-50°F使从除氧炉里生成的水分冷凝158氩气干燥器剩余的水分在氩气干燥器里面被除去干燥器含有分子筛,当气体流过床层时水分被充分吸收两个分子筛干燥床一个干燥床工作另一个床用热的、干燥的氮气再生从燃烧后的氩气中除去水分降低到1-2ppm干燥，燃烧后的氩气接着被冷却到深冷温度在氩换热器中与来自粗氩塔的粗氩流换热，冷却至深冷温度。159精氩蒸发器低温氩气被送到精制塔的蒸发器里面精制后的液氩在高比率塔(大概10psig)的塔釜的换热器中与高压氩气(大概65psig)换热，液氩蒸发，同时高压氩气被冷凝。H2，一些N2

和Ar在蒸发器里不冷凝不凝组分将被输送到氩气压缩机入口氢气的