1、空分設(shè)備及工藝介紹7/20/20221 近年來,隨著國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展,為冶金、石化、化工和航天等工業(yè)領(lǐng)域配套的大中型空分設(shè)備得到迅速發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。作為我國重大裝備工業(yè)的空分設(shè)備制造業(yè),已經(jīng)走過了 半個(gè)多世紀(jì)的歷程,特別是在國內(nèi)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的浪潮中,國產(chǎn)空分設(shè)備業(yè)主久了輝煌的業(yè)績(jī);近10年來,空分設(shè)備的制氧規(guī)模從15000m3/h等級(jí)擴(kuò)展到50000m3/h等級(jí);每年生產(chǎn)的空分設(shè)備制氧總量也從每小時(shí)十幾萬立方米增加到一百萬立方米。與此同時(shí),空分技術(shù)也得到了迅速的發(fā)展和應(yīng)用,如采用規(guī)整填料塔及全精餾無氫制氬技術(shù)、新型的內(nèi)壓縮流程技術(shù)、先進(jìn)的高級(jí)控制技術(shù)、各種先進(jìn)配套部機(jī)的應(yīng)用更完善的安全運(yùn)行

2、和操作技術(shù)等.1.介紹7/20/20222特別是近5年,我國新建和在建空分設(shè)備的制氧總量超過了以往50年的總量;技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用比歷史上任何時(shí)期都迅速和頻繁. 我公司采用10000m3/h空分采用液氧自增壓流程.是在*行業(yè)首家利用深冷法制氧、全面使用純氧燃燒技術(shù)的企業(yè)，*行業(yè)是空分設(shè)備又一新的應(yīng)用領(lǐng)域。1.介紹7/20/20223 我公司制氧站于*年初籌劃立項(xiàng)，*中旬開始破土動(dòng)工，*順利結(jié)束空分設(shè)備的裸冷工作，并對(duì)部分缺陷進(jìn)行處理。*日進(jìn)行空分設(shè)備的常溫啟動(dòng)，歷時(shí)約60小時(shí)，空分設(shè)備順利出氧，一次開車成功，并向*爐送出合格氧氣！1.介紹7/20/202241.介紹空氣分離方法變壓吸附分離 變壓

3、吸附法是利用分子篩對(duì)氧或氮的吸附性能不同的特性，且通過壓力變化而實(shí)現(xiàn)氧氮分離的方法。一般產(chǎn)品純度不高，回收率低。膜分離 膜分離法是利用膜對(duì)氧氮透過性不同進(jìn)行空氣分離，氧純度很低。也是一般產(chǎn)品純度不高，回收率低。精餾分離7/20/202251.介紹 精餾設(shè)備下塔、主冷凝蒸發(fā)器上塔、主冷凝蒸發(fā)器粗氬、粗氬、粗氬冷凝器純氬蒸發(fā)器、純氬塔、純氬冷凝器系統(tǒng)介紹：原料空氣 空壓機(jī) 空冷系統(tǒng) 熱交換系統(tǒng) 純化系統(tǒng) 膨脹機(jī) 加壓預(yù)冷純化制冷儲(chǔ)存系統(tǒng) 產(chǎn)品壓縮機(jī)或用戶 精餾系統(tǒng) 換熱氣氧氣氮液氧液氮控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制7/20/202262.概述 精餾原理氣化蒸發(fā)沸騰液化物相氣液相平衡精餾7/20/202273.

4、詞匯氣態(tài)化(氣化)：將物質(zhì)從液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)并伴隨著吸熱的過程稱為氣態(tài)化，也就是經(jīng)常簡(jiǎn)稱的氣化。蒸發(fā)：氣態(tài)化如果只是從液體的外部自由表面產(chǎn)生，那么這種過程稱為蒸發(fā)，并且在任何一個(gè)溫度下可以取某一個(gè)速度進(jìn)行。7/20/202283.詞匯沸騰：氣泡的生成如果不僅在液體的自由表面，并且在整個(gè)體積內(nèi)進(jìn)行，這種氣態(tài)化稱為沸騰。與蒸發(fā)的區(qū)別在于沸騰是在特定的溫度(所謂的沸騰溫度或沸點(diǎn))下進(jìn)行。液化（冷凝）：將物質(zhì)從氣態(tài)變成液態(tài)并伴隨著放熱的過程稱為液化或冷凝。 7/20/202293.詞匯物相：如果系統(tǒng)狀態(tài)的參數(shù)值在系統(tǒng)所有各點(diǎn)都是一致或者作連續(xù)的變化而沒有突變，那么這種系統(tǒng)就稱為單相的或均一的系統(tǒng)。具有一定

5、數(shù)量并在整個(gè)質(zhì)量中是物理性質(zhì)均一的物質(zhì)稱為物相。如果用任意的方法將物相分成幾部分，那么所有部分的狀態(tài)是相同的。7/20/2022103.詞匯汽液相平衡 在封閉容器中,如圖所示。在一定條件下，液相中各組分均有部分分子從界面逸出進(jìn)入液面上方氣相空間，而氣相也有部分分子返回液面進(jìn)入液相內(nèi)。經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間接觸，當(dāng)每個(gè)組分的分子從液相逸出與氣相返回的速度相同，或達(dá)到動(dòng)平衡時(shí)，即該過程達(dá)到了相平衡。平衡時(shí)氣液兩相的組成之間的關(guān)系稱為相平衡關(guān)系。 它取決于體系的熱力學(xué)性質(zhì)，是蒸餾過程的熱力學(xué)基礎(chǔ)和基本依據(jù)。 相平衡是物質(zhì)在各相之間分布的平衡。達(dá)到平衡之后，各相的組成和數(shù)量不隨時(shí)間改變.7/20/202211精餾：

6、先將氣體混合物冷凝為液體，然后按照各組分蒸發(fā)溫度的不同將他們分離的過程。精餾的原理：將空氣冷凝為液體，然后按照各組分蒸發(fā)溫度的不同將空氣分離。（通俗的講就是多次部分蒸發(fā)部分冷凝）3.詞匯 在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，氧被冷卻到90.188K，氮被冷卻到77.36K，氬被冷卻到87.29K都變成液態(tài)。 tT273.167/20/2022124.精餾原理4.1單組分汽液相平衡 壓力與溫度的關(guān)系式：P=(T)飽和蒸汽壓曲線汽液相平衡曲線液相區(qū)氣相區(qū)氣相區(qū)臨界點(diǎn)7/20/2022134.精餾原理氧蒸汽壓與溫度曲線 7/20/2022144.精餾原理氮蒸汽壓與溫度曲線 7/20/2022154.精餾原理氬蒸汽壓

7、與溫度曲線 7/20/2022164.精餾原理4.1 一次部分汽化和多次部分汽化xFx1y1加熱器分離器冷凝器特點(diǎn)：分離效果差7/20/2022174.精餾原理（一次部分汽化t-x-y）x或y溫度t0100組分ABFLCG泡點(diǎn)線露點(diǎn)線xFyFt1x1y1xwP定值7/20/2022184.精餾原理4.2 多次部分汽化7/20/2022194.精餾原理（多次部分汽化）xFx1x2x3y1y2y3y3或xD分離器分離器分離器加熱器加熱器冷凝器冷凝器冷凝器加熱器7/20/2022204.精餾原理（多次部分汽化t-x-y）x(y)溫度t0100組分ABFLxFy3t3x1y1xwP定值123y2x2x

8、3t2t17/20/2022214.精餾原理（多次部分汽化）xFx1x2x3y1y2y3y3或xD多次部分汽化的缺點(diǎn)：流程過于龐大；設(shè)備費(fèi)用極高；部分汽化需要加熱劑；部分冷凝需要冷卻劑；能量消耗大；純產(chǎn)品的收率很低。 7/20/2022224.精餾原理4.3 多次部分汽化帶回流7/20/2022234.精餾原理（多次部分汽化帶回流）原料V0L1V1L0Vn-1VnLnLn-1L3V2Vn-2冷源加熱蒸汽L0L1L2V1V2V3Vn-1Ln-1VnLn熱源7/20/2022244.精餾原理（帶回流多次部分汽化t-x-y）x(y)溫度t0100組分ABFLxFy3x1y1xwP定值y2x2x312

9、37/20/2022254.精餾原理（多次部分汽化帶回流）7/20/2022264.精餾原理（多次部分汽化帶回流）塔板的作用 塔板的作用是提供氣液分離的場(chǎng)所；每一塊塔板是一個(gè)混合分離器，并且足夠多的板數(shù)可使各組分較完全分離。因此每一塊塔板是一個(gè)混合分離器，經(jīng)過若干塊塔板上的傳質(zhì)后（塔板數(shù)足夠多），即可達(dá)到對(duì)溶液中各組分進(jìn)行較完全分離的目的。7/20/2022274.精餾原理（多次部分汽化帶回流）回流的作用回流的主要作用就是提供不平衡的汽液兩相，而構(gòu)成汽液兩相接觸傳質(zhì)的必要條件。精餾塔內(nèi)由于塔頂?shù)囊合嗷亓骱退椎钠嗷亓鳎瑸槊繅K塔板提供了汽、液來源。7/20/2022284. 精餾原理4.4 氧

10、、氮混合物汽液相平衡曲線7/20/2022294. 精餾原理4.5 氧、氮混合物汽液相平衡曲線7/20/2022304. 精餾原理4.6氧、氮精餾7/20/2022314. 精餾原理4.7 篩板工作示意圖7/20/2022325. 精餾設(shè)備與操作精餾塔分類 板式塔精餾塔 填料塔7/20/2022335. 精餾設(shè)備與操作板式塔7/20/2022345. 精餾設(shè)備與操作填料塔7/20/2022355. 精餾設(shè)備與操作5.1 填料塔填料塔以填料作為氣液接觸元件，氣液兩相在填料呈中逆向連續(xù)接觸。 7/20/2022365. 精餾設(shè)備與操作填料分類填料實(shí)體填料網(wǎng)體填料拉西環(huán)環(huán)十字環(huán)螺旋環(huán)短拉西環(huán)鮑爾環(huán)-

11、階梯環(huán)鞍形填料弧鞍形（馬鞍）填料矩鞍形（槽鞍）填料波紋板填料柵條填料網(wǎng)環(huán)雙層網(wǎng)環(huán)壓延孔環(huán)網(wǎng)鞍填料波紋網(wǎng)填料空分設(shè)備用7/20/2022375. 精餾設(shè)備與操作填料塔特點(diǎn)：壓力降小，生產(chǎn)能力大。由于它是規(guī)整結(jié)構(gòu)，故壓力降較般亂堆填料低，因而空塔速度可以提高。由于其結(jié)構(gòu)緊湊，具有很大的比表面，且填料的結(jié)構(gòu)能促進(jìn)氣液分布均勻化，使傳質(zhì)效率提高。操作彈性大。7/20/2022385. 精餾設(shè)備與操作空分設(shè)備中的填料及內(nèi)件7/20/2022395. 精餾設(shè)備與操作空分設(shè)備中的填料及內(nèi)件波紋板填料7/20/2022405. 精餾設(shè)備與操作空分設(shè)備中的填料及內(nèi)件填料支撐7/20/2022415. 精餾設(shè)備與

12、操作空分設(shè)備中的填料及內(nèi)件填料壓圈7/20/2022425. 精餾設(shè)備與操作空分設(shè)備中的填料及內(nèi)件液體收集器7/20/2022435. 精餾設(shè)備與操作空分設(shè)備中的填料及內(nèi)件液體分布器7/20/2022445. 精餾設(shè)備與操作5.4 操作5.4.1 板式塔正常鼓泡：蒸汽上升的速度達(dá)到一定數(shù)值后，塔板上就會(huì)出現(xiàn)全面均勻的鼓泡，氣體激烈的攪動(dòng)著液體，使液體呈薄膜狀半懸浮地運(yùn)動(dòng)著，氣、液相接觸最好。同時(shí)有少量的液體被噴成霧沫分散在氣相中。7/20/2022455. 精餾設(shè)備與操作不均勻鼓泡：蒸汽上升的速度較小，只能在塔板上的局部地區(qū)以鏈狀氣池的狀態(tài)穿過液層，鼓池地區(qū)也是不固定的，在不鼓泡地區(qū)液體將從小

13、孔中漏下。不均勻鼓泡義稱液漏現(xiàn)象。在不均勻鼓泡時(shí)氣、液相的接觸很差，是設(shè)汁和操作時(shí)不允許出現(xiàn)的。7/20/2022465. 精餾設(shè)備與操作霧沫夾帶：蒸汽速度進(jìn)一步增大，或板間距太小，沒有足夠的使氣、液分離的空間時(shí)，蒸汽將夾帶著液體上升到另一塊塔板上，使塔板效率降低，這種情況稱霧沫夾帶，在篩板塔設(shè)計(jì)中是不允許的。7/20/2022475. 精餾設(shè)備與操作液泛：蒸汽速度過大，使塔板阻力過大，液體不能從上塊塔板流到下一塊塔板，氣、液相間的對(duì)流停止，精餾工況被破壞，這種情況稱為液泛。液泛是塔板設(shè)計(jì)及操作時(shí)絕對(duì)不允許的。7/20/2022485.4.2 填料塔可用填料層的p/zu關(guān)系圖來說明，下轉(zhuǎn)折點(diǎn)稱為“載點(diǎn)”，上轉(zhuǎn)折點(diǎn)稱為“泛點(diǎn)”，將p/zu關(guān)系線分為三個(gè)區(qū)域。 恒持液量區(qū) 持液量：操作時(shí)單位體積填料層內(nèi)持有的液體體積。 氣速較低時(shí)，液體的流動(dòng)與氣速無關(guān)，所以持液量不變。7/20/202249 載液區(qū) 氣速增大到一定時(shí)，氣流開始阻礙液體下流，持液量開始增加，出現(xiàn)攔液現(xiàn)象，此點(diǎn)為載點(diǎn)。 液泛區(qū) 氣速再增大時(shí)，液相變?yōu)檫B續(xù)相，氣相變?yōu)榉稚⑾啵p膜傳質(zhì)變?yōu)楣呐輦髻|(zhì)，出現(xiàn)液泛現(xiàn)象，此點(diǎn)為泛點(diǎn)。7/20/2022506. 故障及維護(hù)正常運(yùn)行中的塔應(yīng)主要是操作原因或操作不當(dāng)造成設(shè)備的損壞等精餾塔投運(yùn)應(yīng)從小負(fù)荷開始調(diào)試，達(dá)到要求后