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空气分离的方法和原理

空气中的主要成分是氧和氮,分别以分子状态均匀地混合在一起。通常要将它们分离出来比较困难,目前工业上主要有三种实现空气分离的方法。

空气分离的方法

1.深冷法

    深冷法是先将原始空气经过压缩、膨胀和降温,直至空气液化。然后利用氧和氮的费电不同,沸点低的氮相对于氧更容易汽化,在精馏塔内让温度较高的蒸气与温度较低的液体不断相互接触。低沸点组分氮较多的蒸发,高沸点组分氧较多的冷凝的原理,上升蒸气氮含量不断提高,下流液体中的氧含量不断增大,从而实现氮氧分离。

    空气液化需要冷却到-173℃的温度,这种制冷方式叫深度冷冻。而利用沸点差将液态空气分离为氧、氮、氩的过程称之为精馏过程。这是目前工业上应用最广泛的方法。盛尔气体设备的深冷空分装置就是采用的这种空气分离方法。

    2. 吸附法

      利用多孔性物质分子筛对不同的气体分子具有选择性吸附的特点,对气体分子不同组分有选择性地进行吸附。吸附分离法流程简单,操作运行方便且成本较低,现在常见的有变压吸附方式,或者真空吸附方式。

      3.膜分离法

      这是根据空气中的氮气和氧气在膜两侧压差的作用下,在膜中的溶解度和扩散系数不同而实现分离的。渗透率快的水蒸汽、氧气等一些气体先透过膜,成为富氧气体。而渗透率较慢的氮气则滞留富集,成为干燥的富氮气体,达到氧氮分离的目的。

      空气分离的基本原理

      空气分离的基本原理就是利用低温精馏法将空气冷凝成液体,然后按各组分蒸发温度的不同将空气分离。简而言之制取终端客户使用的氮、氧,可以分为以下几步:

      空气分离的基本原理

      空气压缩与过滤:大气空气从吸风口吸入,经自洁式空气过滤器除去灰尘等机械杂质后,被空压机吸入 进行压缩。

      空气预冷和纯化:经压缩后的原料空气温度较高,空气预冷系统通过接触式换热降低空气的温度,同时可以洗涤其中的酸性物质等有害杂质。分子筛纯化系统则进一步除去空气中的水分、二氧化碳、乙快等对空分设备运行有害的物质。空气分离:净化后的空气进入空分塔中的主换热器,被返流气体(产品氮气、废气)冷却至饱和温度,送入精馏塔底部,在塔顶部得到氮气,液空经节约后送入冷凝蒸发器蒸发,一同冷凝由精馏塔送来的部分氮气,冷凝后的液氮一部分作为精馏塔的回流液,另一部分作为液氮产品出空分塔。

      由冷凝蒸发器出来的废气经主换热器复热到约130K进胀大机胀大制冷为空分塔供应冷量,胀大后的气体一部分作为分子筛的再生和吹冷用,然后经消音器排入大气。

      液氮/液氧汽化和存储:由空分塔出来的液氮进液氮贮槽贮存,当空分设备检修时,贮槽内的液氮进入汽化器被加热后,送入产品氮气管道。

      现代空分流程特点

      采用常温分子筛净化,清楚空气中的有害物质更有效,切换损失小,装置设计连续运行周期大于二年。

      现在采用规整填料上塔替代筛板上塔,使上塔阻力大大降低(只有筛板阻力的1/4),使空压机的排气压力降低,装置运行能耗下降5%~7%。而且空分设备的氧提取率也提高了,氧气纯度能达到99.6%甚至99.8%。

      分子筛的纯化系统采用双层床结构,大大延长了分子筛的使用寿命和降低了床层阻力,使空分装置运行更加安全可靠。

      控制系统采用DCS控制技术,实现了中控、机房和就地一体化控制,可有效监控整套空分设备的生产过程。

      空分技术到如今已经发展地越来越成熟,譬如我司就配备中央控制系统,能够对远距离的客户公司的设备进行远程运维,大大提高了客户与我们之间的沟通效率。作为EPC生产厂家,我们也在不断地进行技术研发和创新,争取为客户带来更高效,更智能的设备。

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