第二章空分裝置

1、2-2 空氣的凈化空氣的凈化 2-3 空氣的液化空氣的液化 2-4 空氣的分離空氣的分離 2-5 空分流程空分流程 2-1 概述概述 2-6 空氣深冷分離的操作控制空氣深冷分離的操作控制 2-1 概述概述 利用深度冷凍原理將空氣液化，然后根據(jù)空氣利用深度冷凍原理將空氣液化，然后根據(jù)空氣中各組分沸點的不同，在精餾塔內(nèi)進行精餾，獲得中各組分沸點的不同，在精餾塔內(nèi)進行精餾，獲得氧、氮、一種或幾種稀有氣體（氬、氖、氦、氪、氧、氮、一種或幾種稀有氣體（氬、氖、氦、氪、氙）的裝置。氙）的裝置。 空氣中的主要成分及沸點空氣中的主要成分及沸點 一、空氣分離的基本過程一、空氣分離的基本過程空氣分離的基本過程空氣

2、分離的基本過程空氣的壓縮空氣的壓縮 空氣中水分和二氧化碳的清除：由于兩者凝固點較高，空氣中水分和二氧化碳的清除：由于兩者凝固點較高，在進入空分裝置低溫設(shè)備后將會形成冰和于冰，為此在進入空分裝置低溫設(shè)備后將會形成冰和于冰，為此需要利用分子篩純化器預(yù)先把空氣中的水分和二氧化需要利用分子篩純化器預(yù)先把空氣中的水分和二氧化碳清除掉。碳清除掉。 空氣被冷卻到液化溫度：在主換熱器中，空氣被來自精空氣被冷卻到液化溫度：在主換熱器中，空氣被來自精餾后的返流產(chǎn)品氣體和污氮氣冷卻到接近液化溫度餾后的返流產(chǎn)品氣體和污氮氣冷卻到接近液化溫度 冷量的制取冷量的制取 ： 為了確保和維持裝置正常生產(chǎn)運行所需的為了確保和維持

3、裝置正常生產(chǎn)運行所需的熱量平衡，由等溫節(jié)流效應(yīng)和壓縮空氣在膨脹機中絕熱熱量平衡，由等溫節(jié)流效應(yīng)和壓縮空氣在膨脹機中絕熱膨脹對外做功而制取。膨脹對外做功而制取。空氣分離的基本過程空氣分離的基本過程空氣的液化：空氣的液化是進行氧、氮分離的首要條件，空氣在主熱交換器中被返流氣冷卻到接近液化溫度，并在下塔實現(xiàn)空氣的液化。 精餾：空氣的精餾是在精餾塔亦即上、下塔中進行的。在下塔中空氣被初次分離成富氧液空和氮氣，液空由下塔底部抽出后，經(jīng)節(jié)流送入與液空組分相近的上塔塔板上，一部分液氮由下塔頂部抽出后經(jīng)節(jié)流送入上塔副塔頂部?？諝獾淖罱K分離是在上塔進行的。產(chǎn)品氧氣由上塔底部抽出，而產(chǎn)品氮氣則是在上塔副塔頂部抽出

4、，并通過主換熱器與進塔的加工空氣進行熱交換，復(fù)熱到常溫后送出冷箱。 危險雜質(zhì)的清除：采用分子篩純化流程，大部分碳?xì)浠衔锏任ｋU雜質(zhì)已在純化器內(nèi)清除掉，殘留部分仍要進入塔內(nèi)，并積儲在冷凝蒸發(fā)器中。 二、二、空分裝置類型空分裝置類型空空分分裝裝置置 高壓高壓( 720MPa) 中壓中壓(1.55MPa) 低壓低壓（0.50.8MPa） 小型制取氣態(tài)產(chǎn)品和液態(tài)產(chǎn)品的裝置小型制取氣態(tài)產(chǎn)品和液態(tài)產(chǎn)品的裝置 小型制取氣態(tài)產(chǎn)品的裝置小型制取氣態(tài)產(chǎn)品的裝置 中型和大型制取氣態(tài)產(chǎn)品的裝置中型和大型制取氣態(tài)產(chǎn)品的裝置 超低壓超低壓（0.3MPa以下）以下） 三、氧氣、氮氣的應(yīng)用三、氧氣、氮氣的應(yīng)用 v氧氣的應(yīng)用氧

5、氣的應(yīng)用 ： 化學(xué)性質(zhì)非?；顫娀瘜W(xué)性質(zhì)非?；顫?，化學(xué)活性很強，是一種強氧化，化學(xué)活性很強，是一種強氧化劑，用于金屬的焊接及切割，廣泛地應(yīng)用于高爐及煉鋼生劑，用于金屬的焊接及切割，廣泛地應(yīng)用于高爐及煉鋼生產(chǎn)中和鐵鋼的熔煉過程及軋鋼過程中產(chǎn)中和鐵鋼的熔煉過程及軋鋼過程中 ，也是化肥工業(yè)上，也是化肥工業(yè)上的煤汽化、重油汽化常用的汽化劑和氧化劑。的煤汽化、重油汽化常用的汽化劑和氧化劑。v氮氣的應(yīng)用氮氣的應(yīng)用 ： 化學(xué)性質(zhì)不活潑，可用作保護氣體；無毒，最常用化學(xué)性質(zhì)不活潑，可用作保護氣體；無毒，最常用的安全冷卻劑。的安全冷卻劑。 2-2 空氣的凈化空氣的凈化空氣凈化空氣凈化的目的的目的 ? 脫除空氣中

6、所含的機械雜質(zhì)、水分、脫除空氣中所含的機械雜質(zhì)、水分、二氧化碳、烴類化合物（主要為乙炔）二氧化碳、烴類化合物（主要為乙炔）等雜質(zhì)等雜質(zhì) 一、機械雜質(zhì)的脫除一、機械雜質(zhì)的脫除 濕式濕式干式干式拉西環(huán)式：由鋼制外殼和裝有拉西環(huán)的插入盒構(gòu)成拉西環(huán)式：由鋼制外殼和裝有拉西環(huán)的插入盒構(gòu)成 油浸式：由許多片狀鏈組成，片狀鏈上有鋼架油浸式：由許多片狀鏈組成，片狀鏈上有鋼架 空氣過濾器空氣過濾器 袋式：由濾袋、清灰裝置、清灰控制裝置等組成袋式：由濾袋、清灰裝置、清灰控制裝置等組成 干帶式干帶式自潔式：由高效過濾桶、文氏管、自潔專用噴頭、自潔式：由高效過濾桶、文氏管、自潔專用噴頭、 反吹系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、凈氣室、

7、出風(fēng)口反吹系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、凈氣室、出風(fēng)口 和框架等組成。和框架等組成。 自潔式空氣過濾器優(yōu)點自潔式空氣過濾器優(yōu)點 ：v 具有前置過濾網(wǎng)，防止柳絮、樹葉及廢紙吸人，減輕濾桶負(fù)擔(dān)，具有前置過濾網(wǎng)，防止柳絮、樹葉及廢紙吸人，減輕濾桶負(fù)擔(dān)， 延長其使用壽命。延長其使用壽命。v 安裝簡單，只需配管、通電、通氣即可工作。安裝簡單，只需配管、通電、通氣即可工作。 過濾過濾效率高。效率高。v 過濾阻力小。過濾阻力小。 v 自耗小。自耗小。v 占地面積小。占地面積小。v 結(jié)構(gòu)簡單設(shè)備質(zhì)量輕。結(jié)構(gòu)簡單設(shè)備質(zhì)量輕。v 部件使用壽命長。部件使用壽命長。 v 防腐性能好。防腐性能好。 v 維護工作量低。維護工作量低。

8、二、水分、二氧化碳、乙炔的脫除二、水分、二氧化碳、乙炔的脫除v 脫除水分、二氧化碳、乙炔的常用方法有吸附法和凍脫除水分、二氧化碳、乙炔的常用方法有吸附法和凍結(jié)法等。視裝置不同特點，采用不同方法。結(jié)法等。視裝置不同特點，采用不同方法。v （一）空氣預(yù)冷系統(tǒng)（一）空氣預(yù)冷系統(tǒng) 位于空氣壓縮機和分子篩吸附系統(tǒng)之間，用來降低進位于空氣壓縮機和分子篩吸附系統(tǒng)之間，用來降低進分子篩吸附系統(tǒng)空氣的溫度及分子篩吸附系統(tǒng)空氣的溫度及H2O(g)、CO2含量，在填料含量，在填料式空氣冷卻塔的下段，出空壓機的熱空氣被常溫的水噴淋式空氣冷卻塔的下段，出空壓機的熱空氣被常溫的水噴淋降溫，并洗滌空氣中的灰塵和能溶于水的降

9、溫，并洗滌空氣中的灰塵和能溶于水的NO2、SO2、Cl2、HF等對分子篩有毒害作用的物質(zhì)；在空冷塔的上段，用等對分子篩有毒害作用的物質(zhì)；在空冷塔的上段，用經(jīng)污氮降溫過的冷水噴淋熱空氣，使空氣的溫度降至經(jīng)污氮降溫過的冷水噴淋熱空氣，使空氣的溫度降至1020。（二）分子篩吸附法（二）分子篩吸附法v此法讓空冷塔預(yù)冷后的空氣，自下而上流過分子篩吸附器，空氣中所含有的H2O、CO2、C2H2等雜質(zhì)相繼被吸附劑吸附清除。吸附器一般有兩臺，一臺吸附時，另一臺再生，兩臺交替使用。v優(yōu)點：產(chǎn)品處理量大、操作簡便、運轉(zhuǎn)周期長和使用安全可靠 v1吸附劑v硅膠是人造硅石，是用硅酸鈉與硫酸反應(yīng)生成的硅酸凝膠，經(jīng)脫水制成

10、。其分子式可寫為SiO2nH2O。硅膠具有較高的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，不溶于水和各種溶劑（除氫氟酸和強堿外）。按孔隙大小的不同，可分為粗、細(xì)孔兩種。 硅膠是人造硅石，是用硅酸鈉與硫酸反應(yīng)生成的硅酸凝膠，經(jīng)硅膠是人造硅石，是用硅酸鈉與硫酸反應(yīng)生成的硅酸凝膠，經(jīng)脫水制成。其分子式可寫為脫水制成。其分子式可寫為SiO2nH2O。硅膠具有較高的化學(xué)。硅膠具有較高的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，不溶于水和各種溶劑（除氫氟酸和強堿穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，不溶于水和各種溶劑（除氫氟酸和強堿外）。按孔隙大小的不同，可分為粗、細(xì)孔兩種外）。按孔隙大小的不同，可分為粗、細(xì)孔兩種 活性氧化鋁是用堿或酸從鋁鹽溶液中沉淀出水合氧化鋁

11、，然后經(jīng)活性氧化鋁是用堿或酸從鋁鹽溶液中沉淀出水合氧化鋁，然后經(jīng)過老化、洗滌、膠溶、干燥和成形而制得氫氧化鋁，氫氧化鋁再過老化、洗滌、膠溶、干燥和成形而制得氫氧化鋁，氫氧化鋁再經(jīng)脫水而得活性氧化鋁。其分子式為經(jīng)脫水而得活性氧化鋁。其分子式為A12O3，呈白色，具有較，呈白色，具有較好的化學(xué)穩(wěn)定性和機械強度。好的化學(xué)穩(wěn)定性和機械強度。 分子篩是人工合成的泡沸石，是硅鋁酸鹽的晶體，呈白色粉末，分子篩是人工合成的泡沸石，是硅鋁酸鹽的晶體，呈白色粉末，加入黏結(jié)劑后可擠壓成條狀、片狀和球狀。無毒、無味、無腐蝕加入黏結(jié)劑后可擠壓成條狀、片狀和球狀。無毒、無味、無腐蝕性，不溶于水及有機溶劑，但能溶于強酸和強

12、堿。經(jīng)加熱失去結(jié)性，不溶于水及有機溶劑，但能溶于強酸和強堿。經(jīng)加熱失去結(jié)晶水，晶體內(nèi)形成許多毛細(xì)孔，允許小于孔徑的分子通過，而大晶水，晶體內(nèi)形成許多毛細(xì)孔，允許小于孔徑的分子通過，而大于孔徑的分子被阻擋。于孔徑的分子被阻擋。進入毛細(xì)孔內(nèi)的分子能否被吸附，與其極性、極化率和不飽和度進入毛細(xì)孔內(nèi)的分子能否被吸附，與其極性、極化率和不飽和度等性質(zhì)有關(guān)等性質(zhì)有關(guān) 。目前空分設(shè)備中通常選用的作空氣凈化吸附劑的類型為目前空分設(shè)備中通常選用的作空氣凈化吸附劑的類型為13X分子分子篩。篩。 吸附劑吸附劑2吸附原理吸附原理v 吸附是利用一種多孔性固體物質(zhì)去吸取氣體（或液體）混合物中的某種組分，使該組分從混合物中

13、分離出來的操作。吸附用的多孔性固體稱為吸附劑，把被吸附的組分稱為吸附質(zhì)。吸附所用的設(shè)備稱為吸附器。v通常把被吸附物含量低于3%，并且是棄之不用的吸附稱為吸附凈化；若被吸附物含量高于3%或雖低于3%，但被吸附物是有用而不棄去的吸附稱為吸附分離。 吸附原理吸附原理 當(dāng)含吸附質(zhì)濃度為當(dāng)含吸附質(zhì)濃度為ya的混合氣體以恒定流速自下而上進的混合氣體以恒定流速自下而上進入吸附器時，吸附質(zhì)首先在靠近吸附器進口端的吸附劑人口入吸附器時，吸附質(zhì)首先在靠近吸附器進口端的吸附劑人口處被吸附，并漸漸趨于飽處被吸附，并漸漸趨于飽和。和。 飽和時吸附劑上的吸附質(zhì)濃度飽和時吸附劑上的吸附質(zhì)濃度xa與進氣濃度與進氣濃度ya平衡

14、，平衡，氣體經(jīng)過這一段吸附柱時濃度不再發(fā)生變化，這一區(qū)域被稱氣體經(jīng)過這一段吸附柱時濃度不再發(fā)生變化，這一區(qū)域被稱為吸附平衡區(qū)。在平衡區(qū)以上是正在進行吸附的傳質(zhì)區(qū)，傳為吸附平衡區(qū)。在平衡區(qū)以上是正在進行吸附的傳質(zhì)區(qū)，傳質(zhì)區(qū)以上是未吸附區(qū)。繼續(xù)進料，吸附器中傳質(zhì)區(qū)逐漸上移，質(zhì)區(qū)以上是未吸附區(qū)。繼續(xù)進料，吸附器中傳質(zhì)區(qū)逐漸上移，平衡區(qū)慢慢擴大，未吸附區(qū)相應(yīng)縮小。當(dāng)傳質(zhì)區(qū)前緣移出吸平衡區(qū)慢慢擴大，未吸附區(qū)相應(yīng)縮小。當(dāng)傳質(zhì)區(qū)前緣移出吸附柱，則流出氣體中吸附質(zhì)濃度開始增加。當(dāng)傳質(zhì)區(qū)的尾緣附柱，則流出氣體中吸附質(zhì)濃度開始增加。當(dāng)傳質(zhì)區(qū)的尾緣也離開了吸附柱的出口截面，這時整個吸附柱都達到飽和，也離開了吸附柱的

15、出口截面，這時整個吸附柱都達到飽和，對原料氣的吸附質(zhì)不再具有吸附能力，經(jīng)過吸附柱后的氣體對原料氣的吸附質(zhì)不再具有吸附能力，經(jīng)過吸附柱后的氣體中吸附質(zhì)濃度仍為中吸附質(zhì)濃度仍為ya。 3吸附劑的吸附容量吸附劑的吸附容量 v 吸附劑的吸附容量指單位數(shù)量的吸附劑最多吸附的吸吸附劑的吸附容量指單位數(shù)量的吸附劑最多吸附的吸附質(zhì)的量。附質(zhì)的量。v 吸附容量大，吸附時間長，吸附效果好。吸附容量通吸附容量大，吸附時間長，吸附效果好。吸附容量通常受吸附過程的溫度和被吸附組分的分壓力（或濃度）、常受吸附過程的溫度和被吸附組分的分壓力（或濃度）、氣體流速、氣體濕度和吸附劑再生完善程度的影響。氣體流速、氣體濕度和吸附劑

16、再生完善程度的影響。v 吸附容量隨吸附質(zhì)分壓的增加而增大；隨吸附溫度的吸附容量隨吸附質(zhì)分壓的增加而增大；隨吸附溫度的降低而增大；流速越高，吸附劑的吸附容量越小吸附效果降低而增大；流速越高，吸附劑的吸附容量越小吸附效果越差。流速不僅影響吸附能力，而且影響氣體的干燥程度；越差。流速不僅影響吸附能力，而且影響氣體的干燥程度；吸附劑再生越徹底，吸附容量就越大。分子篩對相對濕度吸附劑再生越徹底，吸附容量就越大。分子篩對相對濕度較低的氣體吸附能力較大。較低的氣體吸附能力較大。 4大氣中有害雜質(zhì)的吸附及其影響大氣中有害雜質(zhì)的吸附及其影響v 對分子篩有害的雜質(zhì)有：二氧化硫、氧化氮、氯化氫、對分子篩有害的雜質(zhì)有

17、：二氧化硫、氧化氮、氯化氫、氯、硫化氫和氨等。這些成分被分子篩吸附后又遇到水分氯、硫化氫和氨等。這些成分被分子篩吸附后又遇到水分的情況下，會與分子篩起反應(yīng)而使分子篩的晶格發(fā)生變化。的情況下，會與分子篩起反應(yīng)而使分子篩的晶格發(fā)生變化。它們與分子篩的反應(yīng)是不可逆的，因而降低了分子篩的吸它們與分子篩的反應(yīng)是不可逆的，因而降低了分子篩的吸附能力。附能力。 v H2SO2 SO2H2Ov SO2O2 SO3v SO3H2O H2SO4v NOO2 NO2v NO2H2O HNO3 2-3 空氣的液化空氣的液化 空氣的液化指將空氣由氣相變?yōu)橐合嗟倪^程，空氣的液化指將空氣由氣相變?yōu)橐合嗟倪^程，目前采用的方法

18、為給空氣降溫，讓其冷凝。在空氣目前采用的方法為給空氣降溫，讓其冷凝。在空氣液化的過程中，為了補充冷損、維持工況以及彌補液化的過程中，為了補充冷損、維持工況以及彌補換熱器復(fù)熱的不足，需要用到制冷循環(huán)。換熱器復(fù)熱的不足，需要用到制冷循環(huán)。一、制冷的熱力學(xué)基礎(chǔ)一、制冷的熱力學(xué)基礎(chǔ)空氣的熱力空氣的熱力學(xué)參數(shù)學(xué)參數(shù) 焓：內(nèi)能和流動能之和，焓：內(nèi)能和流動能之和，即即 H=UpV，用，用H表示，表示，其單位也為其單位也為J熵熵 ：dS=PT或或 SqT，熵的增，熵的增量等于系統(tǒng)在不可逆過程中從外界傳人量等于系統(tǒng)在不可逆過程中從外界傳人的熱量，除以傳熱當(dāng)時的絕對溫度所得的熱量，除以傳熱當(dāng)時的絕對溫度所得的商。

19、熵增加的大小反映了過程不可逆的商。熵增加的大小反映了過程不可逆的程度。對節(jié)流過程來說，是絕熱的不的程度。對節(jié)流過程來說，是絕熱的不可逆過程，熵是增大的。增大的越多，可逆過程，熵是增大的。增大的越多，說明不可逆程度越大。對膨脹機來說，說明不可逆程度越大。對膨脹機來說，在理想情況下，為一可逆過程，熵不變。在理想情況下，為一可逆過程，熵不變。 內(nèi)能內(nèi)能 ：分子的動能和位能之和稱為氣體：分子的動能和位能之和稱為氣體的內(nèi)能，用的內(nèi)能，用U來表示，單位為來表示，單位為J。動能與。動能與氣體的溫度有關(guān)，位能取決于分子之間的氣體的溫度有關(guān)，位能取決于分子之間的距離，即由氣體的體積來決定。所以內(nèi)能距離，即由氣體

20、的體積來決定。所以內(nèi)能也是狀態(tài)參數(shù)。也是狀態(tài)參數(shù)。內(nèi)能的改變通常通過傳熱和做功兩種方式內(nèi)能的改變通常通過傳熱和做功兩種方式來完成。來完成。 可逆過程和不可逆過程：當(dāng)可逆過程和不可逆過程：當(dāng)物系由某一狀態(tài)變化到另一物系由某一狀態(tài)變化到另一狀態(tài)時，若過程進行得足夠狀態(tài)時，若過程進行得足夠緩慢，或內(nèi)部分子能量平衡緩慢，或內(nèi)部分子能量平衡的時間極短，則這個過程反的時間極短，則這個過程反過來進行時，能使物系和外過來進行時，能使物系和外界完全復(fù)原，稱此過程為可界完全復(fù)原，稱此過程為可逆過程。如不能完全復(fù)原，逆過程。如不能完全復(fù)原，稱為不可逆過程。稱為不可逆過程。 2空氣的溫一熵圖空氣的溫一熵圖 v 以空氣

21、的溫度以空氣的溫度T為縱坐標(biāo)，以熵為縱坐標(biāo)，以熵S為橫坐標(biāo)，并將壓為橫坐標(biāo)，并將壓力力p、焓、焓H及它們之間的關(guān)系，直觀地表示在一張圖上，及它們之間的關(guān)系，直觀地表示在一張圖上，這個圖就稱為空氣的溫一熵圖，簡稱空氣的這個圖就稱為空氣的溫一熵圖，簡稱空氣的T-S圖。在空圖。在空氣的液化過程，用氣的液化過程，用T-S圖可表示出物系的變化過程，并可圖可表示出物系的變化過程，并可直接從圖上求出溫度、壓力、熵和焓的變化值。直接從圖上求出溫度、壓力、熵和焓的變化值。v 空氣的空氣的T-S簡圖簡圖 向右上方的一組斜線為向右上方的一組斜線為等壓線；向右下方的一組線等壓線；向右下方的一組線為等焓線；圖下部山形曲

22、線為等焓線；圖下部山形曲線為飽和曲線，山形曲線的頂為飽和曲線，山形曲線的頂點點k是臨界點，通過臨界點是臨界點，通過臨界點的等溫線稱為臨界等溫線。的等溫線稱為臨界等溫線。在臨界點左邊的山形曲線為在臨界點左邊的山形曲線為飽和液體線，臨界點右邊的飽和液體線，臨界點右邊的山形曲線為飽和氣體線。臨山形曲線為飽和氣體線。臨界等溫線下側(cè)和飽和液體線界等溫線下側(cè)和飽和液體線左側(cè)的區(qū)域為液體狀態(tài)區(qū)；左側(cè)的區(qū)域為液體狀態(tài)區(qū)；臨界等溫線下側(cè)和飽和氣體臨界等溫線下側(cè)和飽和氣體線右側(cè)，以及臨界等溫線以線右側(cè)，以及臨界等溫線以上的區(qū)域是氣相區(qū)；山形曲上的區(qū)域是氣相區(qū)；山形曲線的內(nèi)部是氣液兩相共存區(qū)，線的內(nèi)部是氣液兩相共存

23、區(qū)，亦稱為濕蒸汽區(qū)。兩相共存亦稱為濕蒸汽區(qū)。兩相共存區(qū)內(nèi)任意一點表示一個氣液區(qū)內(nèi)任意一點表示一個氣液混合物?；旌衔铩６?、空氣液化時的制冷原理二、空氣液化時的制冷原理 v 工業(yè)上空氣液化常用兩種方法獲得低溫，即空氣的節(jié)工業(yè)上空氣液化常用兩種方法獲得低溫，即空氣的節(jié)流膨脹和膨脹機的絕熱膨脹制冷。流膨脹和膨脹機的絕熱膨脹制冷。節(jié)流膨脹節(jié)流膨脹膨膨脹機的絕脹機的絕熱膨張熱膨張連續(xù)流動的高壓氣體，在絕連續(xù)流動的高壓氣體，在絕熱和不對外做功的情況下，熱和不對外做功的情況下，經(jīng)過節(jié)流閥急劇膨脹到低壓經(jīng)過節(jié)流閥急劇膨脹到低壓的過程，稱為節(jié)流膨脹的過程，稱為節(jié)流膨脹。過。過程不可逆。程不可逆。 壓縮氣體經(jīng)過膨脹

24、機在絕熱壓縮氣體經(jīng)過膨脹機在絕熱下膨脹到低壓，同時輸出外下膨脹到低壓，同時輸出外功的過程稱為膨脹機的絕功的過程稱為膨脹機的絕熱膨張。熱膨張。過程可逆。過程可逆。 v 節(jié)流膨脹為等焓過程節(jié)流膨脹為等焓過程 ，氣體經(jīng)過節(jié)流膨脹后，一般，氣體經(jīng)過節(jié)流膨脹后，一般溫度要降低。膨脹機的絕熱膨脹為等熵過程。溫度要降低。膨脹機的絕熱膨脹為等熵過程。 利用氣體利用氣體T-S圖能十分方便地計算出節(jié)圖能十分方便地計算出節(jié)流膨脹前后溫度的變化。在圖中，由流膨脹前后溫度的變化。在圖中，由2點作點作等焓線等焓線H2，與等壓線，與等壓線p1相交于相交于1點，線段點，線段21表示節(jié)流膨脹過程，表示節(jié)流膨脹過程，1點的溫度點

25、的溫度T1即為即為節(jié)流膨脹后的溫度，節(jié)流膨脹后的溫度，T2T1為節(jié)流膨脹前為節(jié)流膨脹前后的溫度差。線段后的溫度差。線段23表示氣體由壓力為表示氣體由壓力為p2、溫度為、溫度為T2的的2點，等熵膨脹到點，等熵膨脹到p1時的過時的過程，程，T2 T3為膨脹前后氣體的溫度差。為膨脹前后氣體的溫度差。 等熵膨脹的降溫效果比節(jié)流膨脹的降等熵膨脹的降溫效果比節(jié)流膨脹的降溫效果好。但膨脹機的結(jié)構(gòu)比節(jié)流閥復(fù)雜。溫效果好。但膨脹機的結(jié)構(gòu)比節(jié)流閥復(fù)雜。 三、空氣的液化循環(huán)三、空氣的液化循環(huán) v 目前空氣液化循環(huán)主要有兩種類型：以節(jié)流為基礎(chǔ)目前空氣液化循環(huán)主要有兩種類型：以節(jié)流為基礎(chǔ)的液化循環(huán)；以等熵膨脹與節(jié)流相結(jié)

26、合的液化循環(huán)。的液化循環(huán)；以等熵膨脹與節(jié)流相結(jié)合的液化循環(huán)。 1以節(jié)流膨脹為基礎(chǔ)的循環(huán)以節(jié)流膨脹為基礎(chǔ)的循環(huán) v 亦稱簡單林德循環(huán)。節(jié)流的溫降很小，制冷量也很少，亦稱簡單林德循環(huán)。節(jié)流的溫降很小，制冷量也很少，所以在室溫下通過節(jié)流膨脹不可能使空氣液化必須在接所以在室溫下通過節(jié)流膨脹不可能使空氣液化必須在接近液化溫度的低溫下節(jié)流才有可能液化。因此，以節(jié)流為近液化溫度的低溫下節(jié)流才有可能液化。因此，以節(jié)流為基礎(chǔ)的液化循環(huán)，必須使空氣預(yù)冷，常采用逆流換熱器，基礎(chǔ)的液化循環(huán)，必須使空氣預(yù)冷，常采用逆流換熱器，回收冷量預(yù)冷空氣。節(jié)流循環(huán)流程的示意圖及回收冷量預(yù)冷空氣。節(jié)流循環(huán)流程的示意圖及T-S圖由圖圖

27、由圖表示。系統(tǒng)由壓縮機、中間冷卻器、逆流換熱器、節(jié)流閥表示。系統(tǒng)由壓縮機、中間冷卻器、逆流換熱器、節(jié)流閥及氣液分離器組成。及氣液分離器組成。林德循環(huán)的流程圖及T-S圖 林德循環(huán)啟動階段 v 應(yīng)用簡單林德循環(huán)液化空氣需要有一個啟動過程，首應(yīng)用簡單林德循環(huán)液化空氣需要有一個啟動過程，首先要經(jīng)過多次節(jié)流，回收等焓節(jié)流制冷量預(yù)冷加工空氣，先要經(jīng)過多次節(jié)流，回收等焓節(jié)流制冷量預(yù)冷加工空氣，使節(jié)流前的溫度逐步降低其制冷量也逐漸增加，直至逼使節(jié)流前的溫度逐步降低其制冷量也逐漸增加，直至逼近液化溫度，產(chǎn)生液化空氣。這一連串多次節(jié)流循環(huán)即林近液化溫度，產(chǎn)生液化空氣。這一連串多次節(jié)流循環(huán)即林德循環(huán)啟動階段如上圖。

28、德循環(huán)啟動階段如上圖。v 實際林德循環(huán)存在著許多不可逆損失，主要有：實際林德循環(huán)存在著許多不可逆損失，主要有：v 壓縮機組（包括壓縮和水冷卻過程）中的不可逆壓縮機組（包括壓縮和水冷卻過程）中的不可逆性，引起的能量損失；性，引起的能量損失；v 逆流換熱器中存在溫差，即換熱不完善損失；逆流換熱器中存在溫差，即換熱不完善損失；v 周圍介質(zhì)傳人的熱量，即跑冷損失。周圍介質(zhì)傳人的熱量，即跑冷損失。2以等熵膨脹與節(jié)流相結(jié)合的液化循環(huán)以等熵膨脹與節(jié)流相結(jié)合的液化循環(huán)v (1)克勞特循環(huán)克勞特循環(huán) ：1902年，克勞特提出了膨脹機膨脹年，克勞特提出了膨脹機膨脹與節(jié)流相結(jié)合的液化循環(huán)稱之為克勞特循環(huán)，其流程及在

29、與節(jié)流相結(jié)合的液化循環(huán)稱之為克勞特循環(huán)，其流程及在T-S圖中的表示見圖圖中的表示見圖 ：空氣由空氣由1點（點（T1，p1）被壓縮機工等）被壓縮機工等溫壓縮至溫壓縮至2點（點（p2，T1）經(jīng)換熱器）經(jīng)換熱器冷卻至點冷卻至點3后分為兩部分，其中后分為兩部分，其中Mkg進入換熱器進入換熱器繼續(xù)被冷卻至點繼續(xù)被冷卻至點5，再，再由節(jié)流閥由節(jié)流閥V節(jié)流至大氣壓（點節(jié)流至大氣壓（點6），），這時這時Zkg氣體變?yōu)橐后w。氣體變?yōu)橐后w。(MZ)kg的氣體成為飽和蒸氣返回。當(dāng)加工的氣體成為飽和蒸氣返回。當(dāng)加工空氣為空氣為lkg時，另一部分時，另一部分(1M) kg氣體，進入膨脹機氣體，進入膨脹機膨脹至點膨脹至點

30、4，膨，膨脹后的氣體在換熱器脹后的氣體在換熱器熱端與節(jié)流熱端與節(jié)流后返回的飽和空氣相匯合，返回?fù)Q后返回的飽和空氣相匯合，返回?fù)Q熱器熱器預(yù)冷卻預(yù)冷卻Mkg壓力為壓力為p2的高壓的高壓空氣，再逆向流過換熱器空氣，再逆向流過換熱器，冷卻，冷卻等溫壓縮后的正流高壓空氣。等溫壓縮后的正流高壓空氣。(2)卡皮查循環(huán)卡皮查循環(huán) v 該循環(huán)是一種低壓帶膨脹機的液化循環(huán)，由于節(jié)流前該循環(huán)是一種低壓帶膨脹機的液化循環(huán)，由于節(jié)流前的壓力低，節(jié)流效應(yīng)很小，等焓節(jié)流制冷量也很小，所以的壓力低，節(jié)流效應(yīng)很小，等焓節(jié)流制冷量也很小，所以這種循環(huán)可認(rèn)為是以等熵膨脹為主導(dǎo)的液化循環(huán)，此液化這種循環(huán)可認(rèn)為是以等熵膨脹為主導(dǎo)的液化

31、循環(huán)，此液化循環(huán)是在高效離心透平式膨脹機問世后，循環(huán)是在高效離心透平式膨脹機問世后，1937年原蘇聯(lián)年原蘇聯(lián)院士卡皮查提出的，因此稱為卡皮查循環(huán)。院士卡皮查提出的，因此稱為卡皮查循環(huán)。v 從實質(zhì)上來看，卡皮查循環(huán)是克勞特循環(huán)的特例。在從實質(zhì)上來看，卡皮查循環(huán)是克勞特循環(huán)的特例。在循環(huán)中采用了高效離心空壓機及透平膨脹機，其制冷效率循環(huán)中采用了高效離心空壓機及透平膨脹機，其制冷效率等于等于0.8或更高，大大提高了液化循環(huán)的經(jīng)濟性。通常卡或更高，大大提高了液化循環(huán)的經(jīng)濟性。通?？ㄆげ檠h(huán)的高效透平膨脹機制冷量占總制冷量的皮查循環(huán)的高效透平膨脹機制冷量占總制冷量的80%90%，得到廣泛地應(yīng)用。，得到廣

32、泛地應(yīng)用。 卡皮查循環(huán)流程示意及T-S圖 空氣在透平壓縮機中被壓縮至空氣在透平壓縮機中被壓縮至約約0.6MPa，經(jīng)換熱器，經(jīng)換熱器I冷卻后，分冷卻后，分成兩部分，絕大部分成兩部分，絕大部分Gkg進透平進透平膨脹，膨脹至大氣壓，然后進入膨脹，膨脹至大氣壓，然后進入冷凝器冷凝器，將其冷量傳遞給未進，將其冷量傳遞給未進膨脹機的另一部分空氣。未進膨膨脹機的另一部分空氣。未進膨脹機的空氣數(shù)量較小，數(shù)量為脹機的空氣數(shù)量較小，數(shù)量為(1G) kg，它在冷凝器的管間，它在冷凝器的管間，被從膨脹機出來的冷氣流冷卻，被從膨脹機出來的冷氣流冷卻，在在0.6MPa的壓力下冷凝成液體，的壓力下冷凝成液體，而后節(jié)流到大氣

33、壓。節(jié)流后小部而后節(jié)流到大氣壓。節(jié)流后小部分汽化變成飽和蒸氣，與來自膨分汽化變成飽和蒸氣，與來自膨脹機的冷氣流匯合，通過冷凝器脹機的冷氣流匯合，通過冷凝器管逆流，流經(jīng)換熱器管逆流，流經(jīng)換熱器I冷卻等溫壓冷卻等溫壓縮后的加工空氣。而液體留在冷縮后的加工空氣。而液體留在冷凝器的底部。凝器的底部。 2-4 空氣的分離空氣的分離v 空氣分離的基本原理是利用低溫精餾法，將空氣冷凝空氣分離的基本原理是利用低溫精餾法，將空氣冷凝成液體，然后按各組分蒸發(fā)溫度的不同將空氣分離。成液體，然后按各組分蒸發(fā)溫度的不同將空氣分離。v 空氣的精餾過程在精餾塔中進行。以篩板塔為例，在空氣的精餾過程在精餾塔中進行。以篩板塔為

34、例，在圓柱形筒內(nèi)裝有水平放置的篩孔板，溫度較低的液體自上圓柱形筒內(nèi)裝有水平放置的篩孔板，溫度較低的液體自上一塊塔板經(jīng)溢流管流下來，溫度較高的蒸氣由塔板下方通一塊塔板經(jīng)溢流管流下來，溫度較高的蒸氣由塔板下方通過小孔往上流動，與篩孔板上液體相遇，進行熱質(zhì)交換，過小孔往上流動，與篩孔板上液體相遇，進行熱質(zhì)交換，實現(xiàn)氣相的部分冷凝和液相的部分汽化，從而使氣相中的實現(xiàn)氣相的部分冷凝和液相的部分汽化，從而使氣相中的氮含量提高，液相中的氧含量提高。連續(xù)經(jīng)過多塊塔板后氮含量提高，液相中的氧含量提高。連續(xù)經(jīng)過多塊塔板后就能夠完成整個精餾過程，從而得到所要求的氧、氮產(chǎn)品。就能夠完成整個精餾過程，從而得到所要求的氧

35、、氮產(chǎn)品。 雙級精餾雙級精餾 空氣的精餾空氣的精餾 單級精餾單級精餾 區(qū)別：單級精餾以僅分區(qū)別：單級精餾以僅分離出空氣中的某一組分離出空氣中的某一組分（氧或氮）為目的；而（氧或氮）為目的；而雙級精餾以同時分離出雙級精餾以同時分離出空氣中的多個組分為目空氣中的多個組分為目的。的。一、單級精餾一、單級精餾 (a)所示為制取高純度液氮（或氣氮）的所示為制取高純度液氮（或氣氮）的單級精餾塔。由塔釜、塔板及筒殼、冷單級精餾塔。由塔釜、塔板及筒殼、冷凝蒸發(fā)器組成。塔釜和冷凝蒸發(fā)器之間凝蒸發(fā)器組成。塔釜和冷凝蒸發(fā)器之間裝有節(jié)流閥。壓縮空氣經(jīng)凈化系統(tǒng)和換裝有節(jié)流閥。壓縮空氣經(jīng)凈化系統(tǒng)和換熱系統(tǒng)，除去雜質(zhì)并冷卻

36、后進入塔底部，熱系統(tǒng)，除去雜質(zhì)并冷卻后進入塔底部，并自下向上地穿過每塊塔板，與塔板上并自下向上地穿過每塊塔板，與塔板上的液體接觸，進行熱質(zhì)交換。在塔頂?shù)玫囊后w接觸，進行熱質(zhì)交換。在塔頂?shù)玫礁呒兌鹊臍獾?。該氣氮在冷凝蒸發(fā)器到高純度的氣氮。該氣氮在冷凝蒸發(fā)器內(nèi)被冷卻變成液體，一部分作為液氮產(chǎn)內(nèi)被冷卻變成液體，一部分作為液氮產(chǎn)品，由冷凝蒸發(fā)器引出；另一部分作為品，由冷凝蒸發(fā)器引出；另一部分作為回流液，沿塔板自上而下地流動?；亓骰亓饕海厮遄陨隙碌亓鲃??；亓饕号c上液與上 升的蒸氣進行熱質(zhì)交換，最后塔升的蒸氣進行熱質(zhì)交換，最后塔底得到含氧較多的液體，叫富氧液化空底得到含氧較多的液體，叫富氧液化空氣，

37、或稱釜液。氣，或稱釜液。由于釜液與進塔的空氣處由于釜液與進塔的空氣處于接近平衡的狀態(tài)，故該塔僅能獲得純氮。于接近平衡的狀態(tài)，故該塔僅能獲得純氮。 v (b)所示為制取高純度液氧（或氣氧）的單級精餾塔。所示為制取高純度液氧（或氣氧）的單級精餾塔。它是由塔體、塔板、塔釜和釜中的蛇管蒸發(fā)器組成。它是由塔體、塔板、塔釜和釜中的蛇管蒸發(fā)器組成。v 被凈化和冷卻的壓縮空氣經(jīng)過蛇管蒸發(fā)器時逐漸被冷被凈化和冷卻的壓縮空氣經(jīng)過蛇管蒸發(fā)器時逐漸被冷凝，同時將它外面的液氧蒸發(fā)。冷凝后的壓縮空氣經(jīng)節(jié)流凝，同時將它外面的液氧蒸發(fā)。冷凝后的壓縮空氣經(jīng)節(jié)流閥進入精餾塔的頂端。此時由于節(jié)流降壓，有一部分液體閥進入精餾塔的頂端

38、。此時由于節(jié)流降壓，有一部分液體汽化，大部分液體自塔頂沿塔板下流，與上升蒸氣在塔板汽化，大部分液體自塔頂沿塔板下流，與上升蒸氣在塔板上充分接觸，氧含量逐步增加。當(dāng)塔內(nèi)有足夠多的塔板數(shù)上充分接觸，氧含量逐步增加。當(dāng)塔內(nèi)有足夠多的塔板數(shù)時，在塔底可以得到純液氧。所得產(chǎn)品氧可以氣態(tài)或液態(tài)時，在塔底可以得到純液氧。所得產(chǎn)品氧可以氣態(tài)或液態(tài)引出。引出。v 由于從塔頂引出的氣體和節(jié)流后的液化空氣處于接近由于從塔頂引出的氣體和節(jié)流后的液化空氣處于接近平衡的狀態(tài)，故該塔不能獲得純氮。平衡的狀態(tài)，故該塔不能獲得純氮。 二、雙級精餾二、雙級精餾v 雙級精餾塔由下塔、上塔和上、下塔之間的冷凝蒸發(fā)雙級精餾塔由下塔、上

39、塔和上、下塔之間的冷凝蒸發(fā)器組成?？諝庥上滤撞浚韵孪蛏洗┻^每塊塔板，至下器組成?？諝庥上滤撞?，自下向上穿過每塊塔板，至下塔頂部得到一定純度的氣氮。氮進入冷凝蒸發(fā)器的冷凝側(cè)塔頂部得到一定純度的氣氮。氮進入冷凝蒸發(fā)器的冷凝側(cè)時，溫度比蒸發(fā)側(cè)液氧溫度高，被液氧冷卻變成液氮。一時，溫度比蒸發(fā)側(cè)液氧溫度高，被液氧冷卻變成液氮。一部分作為下塔回流液沿塔板流下，至下塔塔釜便得到氧含部分作為下塔回流液沿塔板流下，至下塔塔釜便得到氧含量量36%40%的富氧液化空氣；另一部分聚集在液氮槽中，的富氧液化空氣；另一部分聚集在液氮槽中，經(jīng)液氮節(jié)流閥節(jié)流后，進入上塔頂部作為上塔的回流液。經(jīng)液氮節(jié)流閥節(jié)流后，進入上塔

40、頂部作為上塔的回流液。下塔塔釜中的液化空氣經(jīng)液化空氣節(jié)流閥節(jié)流后進入上塔下塔塔釜中的液化空氣經(jīng)液化空氣節(jié)流閥節(jié)流后進入上塔中部，沿塔板逐塊流下，參加精餾過程。只要有足夠多的中部，沿塔板逐塊流下，參加精餾過程。只要有足夠多的塔板，在上塔的最下一塊塔板上可以得到純度很高的液氧。塔板，在上塔的最下一塊塔板上可以得到純度很高的液氧。液氧進入冷凝蒸發(fā)器的蒸發(fā)側(cè)，被下塔的氣氮加熱蒸發(fā)。液氧進入冷凝蒸發(fā)器的蒸發(fā)側(cè)，被下塔的氣氮加熱蒸發(fā)。蒸發(fā)出來的氣氧一部分作為產(chǎn)品引出，另一部分自下向上蒸發(fā)出來的氣氧一部分作為產(chǎn)品引出，另一部分自下向上穿過每塊塔板進行精餾，氣體越往上升，其氮含量越高。穿過每塊塔板進行精餾，氣

41、體越往上升，其氮含量越高。 雙級精餾塔可在上塔雙級精餾塔可在上塔頂部和底部同時獲得純氮頂部和底部同時獲得純氮氣和純氧氣；也可以在冷氣和純氧氣；也可以在冷凝蒸發(fā)器的蒸發(fā)側(cè)和冷凝凝蒸發(fā)器的蒸發(fā)側(cè)和冷凝側(cè)分別取出液氧和液氮。側(cè)分別取出液氧和液氮。精餾塔精餾塔 中的空氣分離分中的空氣分離分為兩級，空氣首先在下塔為兩級，空氣首先在下塔進行第一次分離，獲得液進行第一次分離，獲得液氮，同時得到富氧液化空氮，同時得到富氧液化空氣；富氧液化空氣被送往氣；富氧液化空氣被送往上塔進行進一步精餾，從上塔進行進一步精餾，從而獲得純氧和純氮。而獲得純氧和純氮。 雙級精餾示意空空分分塔塔 三、空分塔的種類三、空分塔的種類填

42、料塔填料塔 板式塔板式塔 由塔體和篩孔塔板組成。篩孔塔板上有篩孔，由塔體和篩孔塔板組成。篩孔塔板上有篩孔，板上還裝有溢流和降液裝置。在塔內(nèi)蒸氣自板上還裝有溢流和降液裝置。在塔內(nèi)蒸氣自下而上穿過小孔，以細(xì)小的氣流分散于液體下而上穿過小孔，以細(xì)小的氣流分散于液體層中，進行熱量和質(zhì)量交換。上升蒸氣由于層中，進行熱量和質(zhì)量交換。上升蒸氣由于含有較多的氧組分，溫度相對比較高。而下含有較多的氧組分，溫度相對比較高。而下流的液體含氮組分較多，溫度相對較低，通流的液體含氮組分較多，溫度相對較低，通過熱質(zhì)交換后蒸氣中氧組分冷凝混入液體中，過熱質(zhì)交換后蒸氣中氧組分冷凝混入液體中，而液體中的氮組分則蒸發(fā)至蒸氣中。最

43、后塔而液體中的氮組分則蒸發(fā)至蒸氣中。最后塔頂?shù)玫綔囟容^低的氮氣，塔底得到溫度較高頂?shù)玫綔囟容^低的氮氣，塔底得到溫度較高的液氧。的液氧。 泡罩塔由泡罩塔板組成。泡罩由罩帽、升氣管、泡罩塔由泡罩塔板組成。泡罩由罩帽、升氣管、支撐板等組成。泡罩在塔板上的排列一般有兩支撐板等組成。泡罩在塔板上的排列一般有兩種：正三角形和正方形，常用正三角形。種：正三角形和正方形，常用正三角形。 與與篩板塔一樣，回流液體通過溢流裝置溢流到下篩板塔一樣，回流液體通過溢流裝置溢流到下一塊板，上升蒸氣通過塔板上的升氣管，進入一塊板，上升蒸氣通過塔板上的升氣管，進入升氣管和泡罩之間的環(huán)形空間，再從泡罩下端升氣管和泡罩之間的環(huán)形

44、空間，再從泡罩下端的齒縫以鼓泡的形式穿過塔板上的液層與液體的齒縫以鼓泡的形式穿過塔板上的液層與液體進行熱量和質(zhì)量的交換。塔板上的液體沿溢流進行熱量和質(zhì)量的交換。塔板上的液體沿溢流裝置下流至下一塊塔板。裝置下流至下一塊塔板。篩板塔篩板塔泡罩塔泡罩塔散裝填料散裝填料規(guī)整填料規(guī)整填料填料塔內(nèi)裝有一定高度的填料，液體自塔頂填料塔內(nèi)裝有一定高度的填料，液體自塔頂經(jīng)噴淋裝置噴淋下來，沿著填料的表面自上經(jīng)噴淋裝置噴淋下來，沿著填料的表面自上而下地流動，氣體自塔底沿著填料的空隙均而下地流動，氣體自塔底沿著填料的空隙均勻上升。氣液兩相間的熱量和質(zhì)量交換是借勻上升。氣液兩相間的熱量和質(zhì)量交換是借助于在填料表面上形

45、成的較薄的液膜表面進助于在填料表面上形成的較薄的液膜表面進行的。為防止壁流現(xiàn)象，在較高的填料層高行的。為防止壁流現(xiàn)象，在較高的填料層高度中分段填裝或設(shè)液體再分配器。度中分段填裝或設(shè)液體再分配器。v 泡罩塔與篩板塔相比有下列特點：泡罩塔與篩板塔相比有下列特點：v 變負(fù)荷的適應(yīng)性較強，在減少蒸氣量和短期停車變負(fù)荷的適應(yīng)性較強，在減少蒸氣量和短期停車時，不易發(fā)生塔板上液體的泄漏。對穩(wěn)定性要求較高的塔時，不易發(fā)生塔板上液體的泄漏。對穩(wěn)定性要求較高的塔段，采用泡罩塔與篩孔板間隔設(shè)置的方案比較好。段，采用泡罩塔與篩孔板間隔設(shè)置的方案比較好。v 泡罩塔板水平度的要求比篩板塔可適當(dāng)降低。泡罩塔板水平度的要求比

46、篩板塔可適當(dāng)降低。v 泡罩板壓力降大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價高。在設(shè)汁工泡罩板壓力降大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價高。在設(shè)汁工況下的塔板效率不如篩板塔，同時在停車時還容易發(fā)生爆況下的塔板效率不如篩板塔，同時在停車時還容易發(fā)生爆炸，使它的使用受限。炸，使它的使用受限。v 填料塔中根據(jù)上升蒸氣速度和噴淋液體強度的不同，填料塔中根據(jù)上升蒸氣速度和噴淋液體強度的不同，塔內(nèi)流動工況分為塔內(nèi)流動工況分為5種工況種工況 ：(1)穩(wěn)流工況穩(wěn)流工況 v (2)中間工況中間工況v (3)湍流工況湍流工況v (4)乳化工況乳化工況v (5)液泛工況液泛工況v 填料塔的特點：填料塔的特點：v 結(jié)構(gòu)簡單，造價低，安裝檢修方便，特別適用于結(jié)

47、構(gòu)簡單，造價低，安裝檢修方便，特別適用于小直徑的精餾塔；小直徑的精餾塔；v 流體流動阻力較??；流體流動阻力較??；v 隨著裝置容量的增加，填料塔徑增加，這樣容易隨著裝置容量的增加，填料塔徑增加，這樣容易產(chǎn)生氣液分配不均勻，使傳質(zhì)效果降低。產(chǎn)生氣液分配不均勻，使傳質(zhì)效果降低。v 規(guī)整填料塔：規(guī)整填料塔：v 規(guī)整金屬波紋填料的每個單元是由帶斜規(guī)整金屬波紋填料的每個單元是由帶斜v 齒的波紋金屬片組成的圓柱體。在薄片齒的波紋金屬片組成的圓柱體。在薄片v 上沖有小孔，可以粗分配薄片上的液體，上沖有小孔，可以粗分配薄片上的液體，v 加強橫向混合。薄片上的波紋起到細(xì)分加強橫向混合。薄片上的波紋起到細(xì)分v 配液

48、體的作用，增強了液體均布和填料配液體的作用，增強了液體均布和填料v 潤濕性能，提高傳質(zhì)效率。潤濕性能，提高傳質(zhì)效率。 v 填料層在物流進口處和理論板數(shù)超過填料層在物流進口處和理論板數(shù)超過2030時分段，時分段，每段填料的頂部都設(shè)有液體（再）分布器，使得液體均勻每段填料的頂部都設(shè)有液體（再）分布器，使得液體均勻地分布于填料之中。從上段填料中流下的液體在液體收集地分布于填料之中。從上段填料中流下的液體在液體收集器中混合，一方面用來消除上段填料中由于液體分布不均器中混合，一方面用來消除上段填料中由于液體分布不均勻所引起的濃度差異，另一方面如果有液相進料，液相進勻所引起的濃度差異，另一方面如果有液相進

49、料，液相進料也在液體收集器中與從上段填料中流下的液體混合，從料也在液體收集器中與從上段填料中流下的液體混合，從而達到濃度均一。在填料塔中，整個填料層都發(fā)生傳質(zhì)分而達到濃度均一。在填料塔中，整個填料層都發(fā)生傳質(zhì)分離，因此在空間利用方面明顯優(yōu)于板式塔。離，因此在空間利用方面明顯優(yōu)于板式塔。v 規(guī)整填料與散裝填料相比，具有明顯的優(yōu)越性。散裝規(guī)整填料與散裝填料相比，具有明顯的優(yōu)越性。散裝填料在塔中的裝填是隨機的，規(guī)整填料片以網(wǎng)絡(luò)狀接觸，填料在塔中的裝填是隨機的，規(guī)整填料片以網(wǎng)絡(luò)狀接觸，氣液兩相的流道是完全對稱均一的，因此氣液兩相流動的氣液兩相的流道是完全對稱均一的，因此氣液兩相流動的分布質(zhì)量好、效率高

50、。分布質(zhì)量好、效率高。四、空分塔中稀有氣體的分布四、空分塔中稀有氣體的分布v 氖、氦、氪、氙和氧、氮的沸點不同，它們在空氣中氖、氦、氪、氙和氧、氮的沸點不同，它們在空氣中的數(shù)量不同，因此在空分塔中它們匯集的部位也不同。上的數(shù)量不同，因此在空分塔中它們匯集的部位也不同。上圖表示出了雙級精餾塔內(nèi)稀有氣體匯集的部位圖表示出了雙級精餾塔內(nèi)稀有氣體匯集的部位v 氖、氦的沸點較氮氣低得多，當(dāng)空氣進入下塔在精餾氖、氦的沸點較氮氣低得多，當(dāng)空氣進入下塔在精餾過程中大部分氖、氦同氮混合進入主冷凝蒸發(fā)器管內(nèi)，氮過程中大部分氖、氦同氮混合進入主冷凝蒸發(fā)器管內(nèi)，氮氣冷凝后沿壁流下，但氖氦氣不能冷凝，匯積在冷凝蒸發(fā)氣冷

51、凝后沿壁流下，但氖氦氣不能冷凝，匯積在冷凝蒸發(fā)器的頂部，應(yīng)定期排除。器的頂部，應(yīng)定期排除。 v 氪、氙的沸點高，當(dāng)空氣進入下塔后，氪、氙均冷凝氪、氙的沸點高，當(dāng)空氣進入下塔后，氪、氙均冷凝在底部的液化空氣中，經(jīng)節(jié)流后送人上塔，匯集在液氧和在底部的液化空氣中，經(jīng)節(jié)流后送人上塔，匯集在液氧和氣氧中。氣氧中。v v 氬的沸點介于氧、氮之間，造成空氣分離困難，在上氬的沸點介于氧、氮之間，造成空氣分離困難，在上塔的提餾段中，氬相對于氧是易揮發(fā)的組分，因此氬的濃塔的提餾段中，氬相對于氧是易揮發(fā)的組分，因此氬的濃度將沿塔自上而下逐漸減少。精餾段中的氬相對于氮是難度將沿塔自上而下逐漸減少。精餾段中的氬相對于氮

52、是難揮發(fā)的組分，因而它的濃度沿塔自上而下逐漸增加。上塔揮發(fā)的組分，因而它的濃度沿塔自上而下逐漸增加。上塔內(nèi)精餾段和提餾段中均有氬濃度高的區(qū)域，上塔中氬分布內(nèi)精餾段和提餾段中均有氬濃度高的區(qū)域，上塔中氬分布特性取決于上塔分離產(chǎn)品（氧和氮）的純度。特性取決于上塔分離產(chǎn)品（氧和氮）的純度。v 對于氬的存在，必須采取措施，才能在一個塔內(nèi)同時對于氬的存在，必須采取措施，才能在一個塔內(nèi)同時制取純氮和純氧。制取純氮和純氧。 五、純氬的制取五、純氬的制取v 1.傳統(tǒng)提氬的流程傳統(tǒng)提氬的流程 從上塔液化空氣進料口從上塔液化空氣進料口之下適當(dāng)部位抽出氬餾之下適當(dāng)部位抽出氬餾分，氬餾分中含氮、氬分，氬餾分中含氮、氬

53、和氧，引入粗氬塔精餾和氧，引入粗氬塔精餾后得后得95%左右的粗氬。左右的粗氬。粗氬經(jīng)熱交換器升溫后粗氬經(jīng)熱交換器升溫后加入氫氣，使殘留的氧加入氫氣，使殘留的氧氣在催化反應(yīng)爐內(nèi)生成氣在催化反應(yīng)爐內(nèi)生成水分，冷卻干燥后在精水分，冷卻干燥后在精氬塔中精餾，氬塔中精餾，99.99%以上的純氬。也有的流以上的純氬。也有的流程是粗氬在低溫下（液程是粗氬在低溫下（液氧溫度）用分子篩吸附氧溫度）用分子篩吸附去除氧、氮，去除氧、氮，99.99%的純氬。的純氬。2全精餾無氫制氬全精餾無氫制氬v 全精餾無氫制氬指粗氬塔和精氬塔全部采用規(guī)整填全精餾無氫制氬指粗氬塔和精氬塔全部采用規(guī)整填料塔，在低溫下精餾直接獲得精氬。

54、料塔，在低溫下精餾直接獲得精氬。v 采用全精餾無氫制氬技術(shù)，取消了加氫催化脫氧設(shè)備采用全精餾無氫制氬技術(shù)，取消了加氫催化脫氧設(shè)備和制氫設(shè)備，簡化了流程，節(jié)省了廠房投資和運行費用，和制氫設(shè)備，簡化了流程，節(jié)省了廠房投資和運行費用，節(jié)約了制氫能耗。同時，氬提取率大大提高，可達節(jié)約了制氫能耗。同時，氬提取率大大提高，可達65%84%。精氬產(chǎn)品的質(zhì)量也得到了提高。精氬產(chǎn)品的質(zhì)量也得到了提高 。2-5 空分流程空分流程 v 深冷空分流程從原理來看，都包括空氣的壓縮、凈化、深冷空分流程從原理來看，都包括空氣的壓縮、凈化、熱交換、制冷、精餾等過程，有的流程還包括氬和其他稀熱交換、制冷、精餾等過程，有的流程還

55、包括氬和其他稀有氣體的提取過程。流程的主要區(qū)別在于各過程所用的設(shè)有氣體的提取過程。流程的主要區(qū)別在于各過程所用的設(shè)備不同，操作條件不同，所生產(chǎn)的氧產(chǎn)品的量和壓力不同。備不同，操作條件不同，所生產(chǎn)的氧產(chǎn)品的量和壓力不同。v 一、空分流程的演變一、空分流程的演變 v 1鋁帶蓄冷器凍結(jié)高低壓空分流程鋁帶蓄冷器凍結(jié)高低壓空分流程v 流程主要由空氣過濾壓縮、流程主要由空氣過濾壓縮、CO2堿洗、氨預(yù)冷、膨脹堿洗、氨預(yù)冷、膨脹制冷、換熱精餾等系統(tǒng)組成。制冷、換熱精餾等系統(tǒng)組成。v 流程缺點如下：流程缺點如下：v 流程復(fù)雜。流程復(fù)雜。v 蓄冷器的自清除問題沒有得到妥善解決，氧氣蓄冷器的自清除問題沒有得到妥善解

56、決，氧氣（或氮氣）和空氣的傳質(zhì)和傳熱雖按時間間隔錯開，但卻（或氮氣）和空氣的傳質(zhì)和傳熱雖按時間間隔錯開，但卻在同一腔內(nèi)進行，使產(chǎn)品的純度受到較大污染。在同一腔內(nèi)進行，使產(chǎn)品的純度受到較大污染。 v 膨脹機為沖動式固定噴嘴的結(jié)構(gòu)形式，效率較低，膨脹機為沖動式固定噴嘴的結(jié)構(gòu)形式，效率較低， 只有只有60%。v 氧提取率低，一般只有氧提取率低，一般只有83.3%。v 能耗高。能耗高。v 2石頭蓄冷凍結(jié)全低壓空分流程石頭蓄冷凍結(jié)全低壓空分流程v 由空氣過濾壓縮、空氣預(yù)冷、膨脹制冷、換熱精餾等由空氣過濾壓縮、空氣預(yù)冷、膨脹制冷、換熱精餾等系統(tǒng)組成。系統(tǒng)組成。 流程缺點如下：流程缺點如下：v 石頭蓄冷器中

57、的石頭填料單位體積所具有的比表石頭蓄冷器中的石頭填料單位體積所具有的比表面積只有鋁帶的面積只有鋁帶的15，而密度卻遠(yuǎn)比鋁帶要大。，而密度卻遠(yuǎn)比鋁帶要大。v 由于采用中間抽氣法來保證蓄冷器的不凍結(jié)性，由于采用中間抽氣法來保證蓄冷器的不凍結(jié)性，因而設(shè)置了相應(yīng)所需的抽氣閥箱和因而設(shè)置了相應(yīng)所需的抽氣閥箱和CO2吸附器，使冷箱吸附器，使冷箱內(nèi)設(shè)備及配管復(fù)雜化。內(nèi)設(shè)備及配管復(fù)雜化。v 膨脹機采用的固定噴嘴，只能依靠調(diào)節(jié)壓力來調(diào)節(jié)膨脹機采用的固定噴嘴，只能依靠調(diào)節(jié)壓力來調(diào)節(jié)氣量，因而膨脹量調(diào)節(jié)范圍較小。氣量，因而膨脹量調(diào)節(jié)范圍較小。v 冷凝蒸發(fā)器為長列管式，管子數(shù)目仍然較多，體積冷凝蒸發(fā)器為長列管式，管子

58、數(shù)目仍然較多，體積大，制造難。大，制造難。v 3切換式換熱器凍結(jié)全低壓空分流程切換式換熱器凍結(jié)全低壓空分流程v 由過濾壓縮、預(yù)冷、換熱精餾等系統(tǒng)組成。由過濾壓縮、預(yù)冷、換熱精餾等系統(tǒng)組成。v (1)流程特點流程特點:v 傳熱效率高、結(jié)構(gòu)緊湊輕巧、適應(yīng)性大，使單元傳熱效率高、結(jié)構(gòu)緊湊輕巧、適應(yīng)性大，使單元設(shè)備的外形尺寸縮小，促進空分設(shè)備冷箱相應(yīng)縮小，跑冷設(shè)備的外形尺寸縮小，促進空分設(shè)備冷箱相應(yīng)縮小，跑冷損失減少，膨脹量下降，啟動時間縮短提高了空分設(shè)備的損失減少，膨脹量下降，啟動時間縮短提高了空分設(shè)備的技術(shù)經(jīng)濟性。技術(shù)經(jīng)濟性。v 氧提取率達氧提取率達87%。v 能耗低。能耗低。(2)流程缺點流程缺

59、點 :v 為了滿足切換式換熱器自清除要求，需要返流較大的為了滿足切換式換熱器自清除要求，需要返流較大的污氮氣量；污氮氣量；v 為滿足切換式換熱器的不凍結(jié)性要求，冷端要保證有為滿足切換式換熱器的不凍結(jié)性要求，冷端要保證有一個最小溫差，空分設(shè)備的啟動要分一個最小溫差，空分設(shè)備的啟動要分4個階段來完成，啟動操個階段來完成，啟動操作比較麻煩。作比較麻煩。 v 4常溫分子篩凈化全低壓空分流程常溫分子篩凈化全低壓空分流程v 和上者根本區(qū)別在于：將切換式換熱器的傳質(zhì)和換熱兩和上者根本區(qū)別在于：將切換式換熱器的傳質(zhì)和換熱兩種功能分開，在冷箱外用分子篩吸附器清除空氣中水分和種功能分開，在冷箱外用分子篩吸附器清除

60、空氣中水分和CO2，在冷箱內(nèi)的主換熱器僅起換熱作用。，在冷箱內(nèi)的主換熱器僅起換熱作用。v (1)流程特點流程特點 ：v 以分子篩吸附劑在常溫狀態(tài)下吸附空氣中的水分、以分子篩吸附劑在常溫狀態(tài)下吸附空氣中的水分、CO2及碳?xì)浠衔铮箍辗衷O(shè)備的空氣比較干凈，主換熱器及碳?xì)浠衔?，使空分設(shè)備的空氣比較干凈，主換熱器只起換熱作用，不用交替切換工作只起換熱作用，不用交替切換工作 v 氧提取率氧提取率90%92%，氬提取率約，氬提取率約52%。v (2)流程缺點：流程缺點：v 設(shè)置制冷機來冷卻空氣冷卻塔的上部用水保證分子設(shè)置制冷機來冷卻空氣冷卻塔的上部用水保證分子篩吸附器的最佳吸附效果。篩吸附器的最佳吸附