空气分离的基本原理是利用低温精馏法，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。空气的精馏根据所需的产品不同，通常有单级精馏和双级精馏。两者的区别在于：单级精馏以仅分离出空气中的某一组分(氧或氮)为目的；而双级精馏以同时分离出空气中的多个组分为目的。
单极精馏
单级精馏塔有两类：一类是制取高纯度液氮(或气氮)；一类是制取高纯度液氧(或气 氧)，如图所示。
单级精馏塔不能完善地分离空气，实际采用较少，但因其结构简单，有时也被用于制取单种产品的小型空分设备中。为了弥补单级精馏塔的不足，便产生了双级精馏塔。
双极精馏
双级精馏塔如图所示，双级精馏塔由下塔、上塔和上、下塔之间的冷凝蒸发器组成。
通常是在下塔(压力塔)中将空气预分，精馏成富氧液空和纯氮，然后在上塔(低压塔)中进一步精馏，得到氧、氮产品。联系上、下塔的纽带是冷凝蒸发器。它用下塔的压力氮来加热上塔的液氧，使液氧蒸发，同时气氮被冷凝。采用双级精馏塔的优点是使产品有较高的提取率，并使同时取得高纯氧和高纯氮成为可能。
单极精馏和双极精馏如何选择
总体来说，与单极精馏比较，双极精馏有如下特点：
- 能同时制取两种或两种以上的高纯度产品
- 单位产品的能耗低和经济性好
- 自动化控制成本高
- 结构复杂操作难度大
- 成本相较于单极精馏更大
所以如果客户需求单一气体，且所需流量较小，则选择单极精馏即可。设备总体操作简单，成本低，适合小体量客户。如果客户同时需要氮气、氧气或者氩气，则必须选择双极精馏；又或者客户需求流量较大，那双极精馏更能满足客户。
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