深冷空气分离装置工艺特点及设计原则探究

深冷空气分离装置工艺特点及设计原则探究

田媛

河南龙宇煤化工有限公司空分总厂 河南 永城 476600

摘要：深冷空气分离装置是实验室中常用的一种装置，他的工作原理是将天然空气作为实验物质，目的是将空气液化。应用到冷淡和循环的方法将空气分离，通过液化的方式实现，因为空气的组成成分复杂，利用这些成分的沸点不同可以将空气中的不同成分分离出来。比如我们涉及到的氧气和氮气的分离。本文针对深冷空气分离装置以及其中的工艺特点和设计原则进行研究。

关键词：深冷空气分离装置、工艺特点、设计原理

引言：在企业的生产中，由于产品对成分和质量的严格要求，在生产过程中要注意气体对产品造成的影响，如果使空气直接填充到生产过程中会影响产品的品质。所以我们要在生产之前，将空气中的成分进行分离，这里我们就要用到深冷空气分离装置将空气中不需要的成分分离出去。深冷空气分离装置有效的分离空气是为了减少不必要的浪费现象，在装置分离过程中填料塔液体泵将空气进行压缩和净化，制造出纯净的氧气，这是空气净化的第一步，这样可以让深冷空气分离装置有效的促进空气的分离，在分离过程中增压使分离过程中的温度降低，保障空气分离的效率。

1. 深冷空气分离装置的基本流程

1. 空气过滤和压缩

深冷空气分离装置的工作原理是将空气通过过滤器的过滤，达到空气的分离效果。分离装置首先将空气通过外界的压力，让空气进入到连接口处，将空气通过过滤装置会将小颗粒物和灰尘留在过滤装置上，这些物质停留在过滤网上，会使下一次吸入的空气得到更有效的过滤。通过过滤网后进入到空气压缩机中，压缩机将空气经过多次的压缩之后送到冷却装置。因为在压缩过程中会产生热量，冷却装置将这些热量降下来，进一步的净化。

2. 空气预冷装置和纯化装置

经过过滤网过滤冷却的空气，进入到空气预冷装置中，这些空气首先在空冷塔中进行降温，在降温的同时又可以将空气中的分子进行净化，提高利用效率，使空气中水分的含量降低。预冷装置会对空气进行进一步的清洗，主要目的是将空气变得更加纯净，将空气中的水分降低，二氧化硫等酸性气体成分从空气中去除，就可以得到预冷的空气。之后进入纯化系装置，在分子筛吸附器的纯化装置中，除去空气中的水份、二氧化碳和一些碳氢化合物，得到露点合格的纯净空气。

3. 空气精馏装置

经过预冷和净化的空气进入到蒸馏塔进行蒸馏，精馏塔的上塔降低空气中的压力，起到降低能耗的目的。首先，这些气体进入到上塔，经过上塔的蒸馏进一步的压缩，将膨胀后的空气，经过冷凝装置进行冷却。下塔的底部有冷凝蒸发器，通过上塔的气体进入到下塔的冷凝蒸发装置，这种装置采用质量轻体积小的全铝结构，节省投资且工作效率高。冷凝蒸发器的作用是对进入的空气进行冷却，经过冷却的空气进入到下塔不断提纯，经过气化，气体中的含氮量增加，氧气不断蒸发，使空气的纯度进一步提升，其他的成分不断降低，氮的成分不断提升，将氮气经过转换器后形成纯净氮气。在冷凝蒸发器中，由于不断释放热量，形成液体氮气，经过精馏实现了空气的分离。

2. 深冷空气分离装置的特点

1. 空气过滤和压缩工艺

空气的过滤是通过深冷空气净化装置，将空气压缩到过滤器中进行过滤。通过过滤的空气会将空气中的颗粒成分、杂质成分留在过滤网上，对空气进行初步的分离净化。下一步是对分离出来的空气进行压缩的工艺。

2. 空气的预冷和纯化工艺

经过过滤器的过滤杂质停留在过滤网上，将初步分离的空气送入到冷凝装置中进行冷却处理。把经过空冷塔的空气进行冷却，降低空气的温度，可以改善冷凝系统的工作环境，这样能降低预冷系统的阻力，使得空气经过预冷装置的压力降低，这样可以进一步的减少能耗。通过空气预冷装置，将空气中的水，二氧化硫和其他物质的含量降低，对空气进行了进一步的纯化处理。纯化系统的材质选择铝胶和分子筛，不但能使纯化系统的使用时间更长，还能有效的降低阻力，纯化装置使用的吸附材质，吸附时间较长，使用较长时间的吸附设计，使开关的寿命提升，减少零件的磨损。纯化系统中的切换阀使用速度可以调节的装置，这种阀门可以降低开关的速度，能有效的调节和控制开关，这样能确保在空气净化过程中系统的平稳性，能提升工作的效率。

3. 精馏工艺

通过冷却和纯化的空气经过增压膨胀后进入到精馏系统，进行进一步的精馏处理，将空气中吸附出来的气体送入到精馏系统，精馏塔系一个装有一系列塔板或填料的塔形容器，气流依次通过这些塔板或填料向上升，液体依次向下回流。空气气流从精馏塔下部进入塔内，穿过塔板或填料上升到塔顶，部分气体被抽出塔外，剩下部分冷凝下来，并以液态形式返回塔底（这部分液体称为回流液）。回流的液体和上升的气流，使精馏工况得以进行，沿塔板上升的气流中所含的易挥发气体组分（氮）浓度越来越高，与此同时沿塔板下降的液体中不易挥发的气体组分（氧）浓度越来越高。下塔中的上升气体通过与回流液体接触含氮量增加。所需的回流液氮来自下塔顶部的冷凝蒸发器，在这里氧得到蒸发，而氮得到冷凝。经过不断的提纯处理，将空气汽化分离，在上塔顶部得到纯净的氮气，冷凝蒸发器氧侧得到高纯度的液氧。

3. 深冷空气分离装置设计原理

1. 装置布置

在深冷空气分离装置设计时有一些装置布置原则需要遵守，需要确保深冷空气分离装置能够协调统一，要考虑到装置在工作中会遇到的问题，比如安放的位置和安放的条件等，这些都会对装置未来的工作产生影响。将装置布置在室内时需要满足总体规划的要求，温度、湿度等都需要考虑周全，在生产过程中才能避免未知情况的发生，在安装布置时还需要合理的节省成本，比如使用方便施工的材料，这样的材料既能起到保护环境的效果，又能使施工的进度加快，也能节省一部分人力成本。使用绿色环保的材料还能对环境有很好的保护作用，只有做到环境保护，才能实现可持续性发展，保护的材质至关重要。为了方便以后装置遇到问题进行维修，我们采用了可持续使用的材料，这样也能降低以后的管理成本。

（二）冷箱内配管

冷箱内配管的设计是深冷空气分离装置的重要组成部分，在设计时需要对冷箱内配管进行焊接处理，在焊接的过程中要注意外部清理工作，因为冷箱内配管需要干净的外部条件进行下一步脱脂处理，经过脱脂处理的冷箱内配管，放到冷箱内时要按照冷箱内的空间大小，合理的放置冷箱内配管，按照完成的先后顺序逐一进行放置，防止由于内配管过大产生的压力使内配管发生变形，其中需要注意的一点是，要对内配管进行开口处理，这样可以将温度计和压力表安装在上边，防止在以后的生产加工过程中杂物掉落到内配管中。为了防止水分在内配管内发生冻结，应该合理调整温度并且合理设计内配管中的坡度。

（三）阀门配置

阀门的配置设计在深冷空气分离装置中是另外一个重要环节，为了避免深冷空气分离系统分离的气体和其他化学成分产生化学反应，需要在阀门配置前对阀门进行脱脂清洗，清洗过程可以降低阀门中的气体纯度。另一方面，阀门配置的位置也至关重要，深冷空气分离装置冷箱的阀门应该安装在适当的高度，这样阀门在开启时有足够的空间可以操作。在材质的选择上，应该选择不易生锈，不易腐蚀的材质，防止开关老化无法操作。

结语：市场的主要选择的深冷空气分离装置依旧是低能耗、高效能的安全生产的深冷空气分离装置，根据我们对市场上的产品进行分析，对我国和外国的产品进行比较，深冷空气分离技术在工艺流程方面和设备选择方面都有较好的发展。

参考文献：

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