空氣分離機

空氣分離機就是將空氣液化、精餾、最終分離成為氧、氮和其他有用氣體的氣體分離設備，簡稱空分設備。它以空氣為原料，通過壓縮循環深度冷凍的方法把空氣變成液態，再經過精餾而從液態空氣中逐步分離生產出氧氣、氮氣及氬氣等惰性氣體的設備；最低工作溫度為77K。

基本介紹

• 中文名：空氣分離機
• 外文名：air separation plan
• 功能：將空氣成分分離
• 使用條件：須在常溫區對空氣進行預處理

種類

空分設備

目前我國生產的空分設備的形式、種類繁多。有生產氣態氧、氮的裝置，也有生產液態氧、氮的裝置。但就基本流程而言，主要有四種，即高壓、中壓、高低壓和全低壓流程。

工藝流程

其工藝流程為中壓帶透平膨脹機的克勞特循環。空氣從大氣中吸入空壓機，被壓縮到所需的壓力，再經末級冷卻器冷卻後進入氟里昂預冷機組，被冷卻至5℃左右進入純化器，在其中除去水份、二氧化碳、碳氫化合物等物質，進入分餾塔。經純化後的壓縮空氣進入分餾塔的主換熱器（上），與主換熱器（下）來的氧、氮及餾份氣進行熱交換後經節流閥與膨脹機出來的冷空氣會合於下塔底部的蒸發器，在下塔進行傳熱、傳質過程。液空在下塔預分後，再節流到上塔進一步分餾，在塔頂得到純氮氣，上塔中部抽出之餾份氣經上換熱器回收冷量後作為純化器再生吹冷用，產品純氮氣通過管道輸往用戶。產品氧氣在輸氧管路旁接水封器後導入貯氣囊通往氧壓機。

基本系統

空分設備是一個大型的複雜系統，主要由以下子系統組成：動力系統、淨化系統、製冷系統、熱交換系統、精餾系統、產品輸送系統、液體貯存系統和控制系統等。

動力系統

主要是指原料空氣壓縮機。空分設備將空氣經低溫分離得到氧、氮等產品，從本質上說是通過能量轉換來完成。而裝置的能量主要是由原料空氣壓縮機輸入的。相應地，空氣分離所需要的總能耗中絕大部分是原料空氣壓縮機的能耗。

淨化系統

由空氣預冷系統（空冷系統）和分子篩純化系統（純化系統）組成。經壓縮後的原料空氣溫度較高，空氣預冷系統通過接觸式換熱降低空氣的溫度，同時可以洗滌其中的酸性物質等有害雜質。分子篩純化系統則進一步除去空氣中的水分、二氧化碳、乙炔、丙烯、丙烷和氧化亞氮等對空分設備運行有害的物質。

製冷系統：空分設備是通過膨脹製冷的，整個空分設備的製冷嚴格遵循經典的製冷循環。不過通常提到的空分製冷設備，主要是指：膨脹機。

熱交換系統

空分設備的熱平衡是通過製冷系統和熱交換系統來完成的。隨著技術的發展，現在的換熱器主要使用鋁製板翅式換熱器。

精餾系統

空分設備的核心，實現低溫分離的重要設備。通常採取高、低壓兩級精餾方式。只要由低壓塔、中壓塔和冷凝蒸發器組成。

產品輸送系統

空分設備生產的氧氣和氮氣需要一定的壓力才能滿足後續系統的使用。只要由各種不同規格的氧氣壓縮機和氮氣壓縮機組成。

液體貯存系統

空分設備能生產一定的液氧和液氮等產品，進入液體貯存系統，以備需要時使用。只要是由各種不同規格的貯槽、低溫液體泵和汽化器組成。

控制系統

大型空分設備都採用計算機集散控制系統，可以實現自動控制。

工藝系統

空分設備從工藝流程來說可以分為5個基本系統：

（1）雜質的淨化系統

主要是通過空氣過濾器和分子篩吸收器等裝置，淨化空氣中混有的機械雜質、水分、二氧化碳、乙炔等。

（2）空氣冷卻和液化系統

主要由空氣壓縮機、熱交換器、膨脹機和空氣節流閥等組成，起到使空氣深度冷凍的作用。

（3）空氣精餾系統

主要部件為精餾塔（上塔、下塔）、冷凝蒸發器、過冷器、液空和液氮節流閥。起到將空氣中各種組分分離的作用。

（4）加溫吹除系統

用加溫吹除的方法使淨化系統再生。

（5）儀表控制系統

通過各種儀表對整個工藝進行控制。

淨化原理

在套用低溫精餾原理制氧的設備中，為了保證空氣在低溫區精餾分離的正常進行，必須在常溫區對空氣進行過濾、預冷和淨化等預處理。

空氣中含有大量塵埃，空氣透平壓縮機（簡稱空壓機）在長時間的高速運行中，粉塵會造成機器內部的葉輪，葉片等零部件的磨損、腐蝕和結垢，縮短機器使用壽命，因此必須設定原料空氣過濾器，以清除空氣中的塵埃。

經空氣透平壓縮機壓縮後的空氣溫度升高至80度以上，導致後續吸附和換熱不能正常進行，通過設定空氣預冷系統可以有效的降低進入空分設備的空氣溫度。

原料空氣中除了有大量的塵埃外，還有水分，二氧化碳，和乙炔等碳氫化合物，現代空分設備大多數採用分子篩純化系統來清除這些雜質，以提高進入冷箱空氣的潔淨度，防止水分和二氧化碳濃縮而威脅空分設備的正常運行。因此，氣體過濾、預冷和淨化設備是空分設備內不可缺少的一個組成部分。