空分設備

空分設備

空分設備是以空氣為原料,通過壓縮循環深度冷凍的方法把空氣變成液态,再經過精餾而從液态空氣中逐步分離生産出氧氣、氮氣及氩氣等惰性氣體的設備,廣泛應用于傳統的治台金、新型燥化工、大型氮肥、專業氣體供應等領域。

目前我國生産的空分設備的形式、種類繁多。有生産氣态氧、氮的裝置，也有生産液态氧、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。

生産能力

我國空分設備的生産規模已經從早期隻能生産20m3/h（氧）的制氧機。發展到現在具有生産20000 m3/h、30000 m3/h、50000 m3/h和60000m3/h的大型空分設備的能力，以及已經完成科研階段，即将進行制造80000m3/h特大型空分設備的能力。

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、制冷系統、熱交換系統、精餾系統、産品輸送系統、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。空分設備将空氣經低溫分離得到氧、氮等産品，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。

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

空分設備的熱平衡是通過制冷系統和熱交換系統來完成的。随着技術的發展，現在的換熱器主要使用鋁制闆翅式換熱器。

精餾系統

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

産品輸送系統

空分設備生産的氧氣和氮氣需要一定的壓力才能滿足後續系統的使用。隻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

空分設備能生産一定的液氧和液氮等産品，進入液體貯存系統，以備需要時使用。隻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

大型空分設備都采用計算機集散控制系統，可以實現自動控制。

空分設備從工藝流程來說可以分為5個基本系統：

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。

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。

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。起到将空氣中各種組分分離的作用。

加溫吹除系統：用加溫吹除的方法使淨化系統再生。

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

概述

在應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，粉塵會造成機器内部的葉輪，葉片等零部件的磨損、腐蝕和結垢，縮短機器使用壽命，因此必須設置原料空氣過濾器，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，導緻後續吸附和換熱不能正常進行，通過設置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采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内不可缺少的一個組成部分。

除塵機理

除塵機理共有以下5種：

1 慣性撞擊：較小的顆粒能夠通過過濾芯的微孔，但通過過濾介質的路徑曲折，顆粒具有足夠的質量和動量與濾芯纖維碰撞并被阻擋和捕獲。

2 布朗擴散：非常小的顆粒質量極小，在随氣流做布朗運動擴散時，與濾芯纖維碰撞，從而被濾除。

3 直接攔擋：對塵埃粒子大于1微米的顆粒，通過過濾介質材料的微孔時，由于顆粒直徑大于微孔直徑，而被直接阻擋、攔截，達到去除雜質的目的。

4 重力沉降：塵埃顆粒在不斷的集合，直到其質量變得足夠大，在重力的作用下，越落到過濾器底部，或者被排灰閥排出。

5 靜電沉降：靜電使粉塵改變運動軌迹并撞向障礙物，靜電力參與粘住的工作。