通用机械：空气分离设备

　　将空气液化?精馏?最终分离成为氧?氮和其它有用气体的气体分离设备?简称空分设备。它的最低工作温度为 77K。空气是气体的混合物?

　　简史

　　空气曾被称为“永久气体”。到19世纪末，人们发现在深低温下空气也能液化，并因氧氮沸点不同，可以从液化空气中分离出氧气和氮气。第一台商品化的制氧机于1903年制成它最初只是用于金属的气焊和切割。30年代末，氮肥工业需要氮气制氧机发展到能同时生产氧气和氮气改称空气分离设备。到50年代，由于吹氧炼钢和高炉鼓风工艺的推广，应用以及氮肥工业的迅速发展空气分离设备向大型化发展并应用了近代的科研成果如采用透平压缩机透平膨胀机板翅式换热器微型计算器和分子筛吸附器等设备之后空气分离设备不断得到改进和完善设备中的空气压力从高压(20兆帕)降到低压(小于1兆帕)?单位产品的电耗也逐渐下降(每立方米氧的电耗从1.5降至0.6千瓦‧小时)。现代空气分离设备能生产各种容量不同纯度的气态或液态产品?也能制造超高纯度的氧和氮(如含氧99.998％和含氮99.9995％)。空气分离设备还能根据用户的需要?通过电子计算器的控制?随时增减产品的数量?达到经济用氧的目的。到80年代?大型空气分离设备的氧气生产能力已达到70000米3 /时?空气压力下降到0.36兆帕?连续运转周期可达2年以上。

　　分类 空气分离设备是由多种机械和设备组成的成套设备?常按空气压力来分类。常用的有高压?中压和低压3种。

　　选择设备类型时应考虑产品种类容量和纯度的要求，以及电耗安全连续运转周期等因素。

　　低压设备由于电耗低，连续运转周期长，经济效益高被广泛采用。

　　是低压空气分离设备简图。整个设备由空气压缩系统?杂质净化和换热系统?制冷系统和液化精馏 4个主要系统组成。相应的机械设备有空气透平压缩机?空气冷却塔?透平膨胀机和分馏塔等。低压空气分离设备的工作原理(图2 低压空气分离设备的工作原理图 )建立在液化循环和精馏理论基础上。进入的空气先经空气过滤器?而后由透平压缩机?空气冷却塔压缩和冷却到压力为0.5兆帕?温度为303K左右?再进入切换式换热器(E1?E2)。两换热器能清除空气中的水和二氧化碳?并进行热交换?把空气冷却到接近液化温度(101K)后送入下塔?从下塔抽出一部分空气送到换热器(E2)加热。加热的空气与下塔来的少量冷空气汇合后进入透平膨胀机绝热膨胀?产生需要的冷量?然后被送往上塔精馏。余下的空气在下塔初步精馏。在底部得到含氧38％的液化空气?在下塔的顶部得到含氮 99.99％的纯液氮?在中部获得含氮约95％的污液氮。液化空气?纯液氮?污液氮分别从下塔抽出通过节流阀减压到约0.05兆帕?送入上塔作回流液?在此进行第二次深低温精馏?在上塔底部得到含氧99.6～99.8％的高纯度氧气?流经换热器(E4?E2?E1)与空气进行热交换?升温到大气温度后排出塔外。在上塔顶部获得含氮99.999％的高纯度氮气?在上塔中部得到含氮约96％的污氮?均经换热器(E3?E4?E2?E1)复热到大气温度后排出装置。位于上?下塔之间的冷凝蒸发器也是一种换热器?它的功用是通过换热?将上塔底部的液氧蒸发?而将下塔的气氮冷凝?故称冷凝蒸发器。液氧蒸发后一部分作为产品输出?其余部分作为上塔精馏所需的上升蒸气。下塔冷凝的液氮?一部分送往上塔作上塔回流液?另一部分作为下塔精馏所需要的回流液。因此?冷凝蒸发器是使上?下塔能起精馏作用的不可缺少的设备之一。除上述主要设备外?冷箱内还有吸附器?它能吸附未被冻结在换热器(E1?E2)中的杂质二氧化碳和易爆物质。箱内还设有液氧泵?使液氧循环流动和清除致爆物质?以保证设备的安全运转。在低温下工作的换热器?塔?液氧泵和透平膨胀机等都装在填充有绝热材料的冷箱内?以减少冷量损失。出冷箱的产品氧气和氮气?再送往贮存系统和透平压缩机内升压到需要的压力后供用户使用。

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