空分新员工培训

由天下分享时间：2024/5/17 17:29:30 加入收藏我要投稿点赞

空分新员工培训

一、气体知识介绍——物质通常以气、液、固三态存在，每种物质在不同的温度压力条件下可处于其中任一状态。气体的基本状态参数：

温度——表示物质冷热程度；

摄氏温标（t）——分度的方法规定在标准大气压下水的冰点为0度，沸点为100度，把汞在这两点的液柱长度分为100等分，每一等代表1度。

热力学温标（K）——又称绝对温标，分度的方法规定在标准大气压下水的三相点为273.16度，沸点与三相点间分为100格，每格代表1度，把-273.16度定为绝对零度。

两者换算关系： t=K-273.16 K=t+273.16

二、压力——单位面积上的作用力，压力的方向总是垂直于容器的器壁；标准大气压（atm）:温度为0度时，纬度45度海平面上大气的平均压力。工程大气压（at）：工程技术上常用的压力单位，指1cm2面积上作用1kg力而产生的压力；kg.f/cm2；

国际单位：1m2的面积上1N的力而产生的压力，记作Pa（帕）

换算关系：1atm=1.013*105Pa 1at=0.981*105Pa 1mmH2O=9.81Pa 1bar=105Pa

绝对压力：容器内气体对容器壁的实际压力；表压力：容器内气体实际压力高于大气压力的值；

换算：P绝= P表+ P大气 P绝= P大气-P真空度仪表显示均为表压，实际计算均用绝对压力；

三、气体基本定律——气体状态发生变化时，气体基本状态参数P、v、T三者之间的关系的定律；

在一定温度下，气体在各状态下的压力与质量体积成反比；在压力一定下，气体在各状态下的质量体积与绝对温度成正比；在体积一定下，气体在各状态下的绝对温度与压力成正比；

四、空气的液化

任何物质在不同的条件下都可以在气态液态固态三者之间转换，这种状态变化叫“相变”。产生相变的基础是温度和压力。空气和空气中的氧、氮、氩等组分在1标准大气压下，只要温度降低到一定程度，都可以以液态固态状态呈现；→ 其对应的温度叫液化温度和凝固点； →如图：

产生相变的原因：物质均是由分子组成，分子相互间具有作用力，当分子间相互作用力增强，使它无法自由乱跑时，这时物质呈液态或固态存在；因此物质所处状态是取决于内部分子能量大小。气体液化温度与压力有关：压力越高，其对应的液化温度就越高，就越容易液化，这是空分装置实现空气分离的原理基础；压力提高使液化温度提高是有限制的，当压力再提高液化温度也不再提高时，此时的压力即是该物质的临界压力，其对应的温度叫临界温度，其对应的点叫临界点。

获取冷量的方法：节流效应制冷量、膨胀机制冷量、氟利昂冷冻机制冷量。冷冻机制冷量——靠氟利昂冷冻机从装置内带走的一部分热量；（预干燥）。膨胀机制冷量——膨胀机靠高压气流推动叶轮，带动同轴增压机而对外做功，使装置内能量减少的数值叫膨胀机制冷量；

节流效应制冷量——进装置压力较高的气体在装置内经过各个设备、管路、阀门后，最后成为压力较低的气体离开装置带走的一部分能量；如图：

H P1 1

3 2

A、1-2是等温压缩过程(T不变P升高，气体内部动能不变，位能减少）；

B、2-3是等焓节流过程； C、3-1空气换热过程；节流过程：流体流动遇到局部阻力而造成压力有较大的降落过程，实现这一过程的设备叫节流装置；节流特点——节流后，压力、温度降低；温降是靠节流后动

能减少，位能增加获得；未对外做功；节流过程速度快，可视为绝热过程；节流后动能减少位能增加，所以节流前后总能量未变（焓值未变），因此节流过程又叫等焓节流；节流阀结构简单，可工作在气液两相区；影响节流温降的大小因素：

节流前温度越低，温降越大，液体节流伴随相变温降更大；节流前后压差越大温降越大；节流效应制冷量大小与进装置的空气温度有关：温度越高（相同压力下）节流效应制冷量越小。

膨胀机制冷的特点——1、对外做功，焓值降低，温度、压力大幅下降2、对外做功通过增压机回收，绝热膨胀过程熵不变，等熵膨胀过程；

膨胀机制冷效果与那些因素有关： 1、膨胀量大制冷量大；2、进出口压力一定时，机前温度高，单位制冷量大； 3、机后温度和机后压力一定时，机前温度低，单位制冷量少；4、膨胀机后压力越低，则膨胀机内压降越大，单位制冷量越大；

五、空气的分离

低温法分离空气制氧主要分为两个步骤：首先使加工空气液化继而利用氧氮等组分的沸点差，采用精馏的方法使空气分离获得氧氮；沸点（饱和温度）：液体沸腾（蒸汽凝结）时的温度，其对应的压力叫饱和压力；过冷液体：低于沸点的液体；过冷液体的温度与沸点的差值叫过冷度；过热蒸汽：高于沸点的蒸汽；过热蒸汽的温度与沸点的差值叫过热度；液体在沸腾时，液体温度不变，所加热量全部转为液体分子逸出液相所需的能量；蒸汽液化和液体汽化，该阶段温度虽维持不变，但必须放出热量或吸收热量才能让物态发生变化，这个热量无法按公式用热容的方法来计算，习惯上叫“潜热”； 1kg饱和液体全部汽化成干饱和蒸汽所需的热量叫“汽化潜热”；反之叫“冷凝潜热”；

汽化潜热的大小与物质的种类和压力有关，压力越高汽化潜热越小；

空气简单蒸发和冷凝，部分蒸发和冷凝均不能获得足够持续的高纯氧氮，若想得到足够持续的高纯氧氮，必须采用精馏的方法；精馏：利用氧氮两种组分沸点的不同，进行多次的液体部分蒸发和多次的蒸汽部分冷凝的过程，达到分离氧氮的目的叫精馏；

精馏过程的实质：在某一压力下，让互不平衡的二元溶液的蒸汽和液体接触，传热传质，蒸汽和液体的浓度不断变化，直至它们平衡为止；为了让部分蒸发和部分冷凝的过程得以持续下去，可将各容器中一部分液体引回到前面一个容器，最后一个容器所需的补充溶液，可从主冷凝器中冷凝液中取出一部分回流使用；这种引回的液体叫回流；

回流是精馏的必要条件，蒸汽与回流液存在着温度差、浓度差。蒸汽与回流液在每一块塔板上进行热质交换，低沸点氮蒸发，高沸点氧冷凝，到塔底部获得高纯氧，在塔顶部获得高纯氮，使精馏塔沿着塔高得到一个稳定的浓度梯度和温度梯度。

回流比——

分离空气的精馏塔又叫空分塔，有两种形式：单级精馏塔和双级精馏塔工作回流比介于最小回流比和最大回流比之间；以液空进料口为界，上塔分为精馏段和提馏段；

筛板塔气液流动工况：蒸汽穿过筛板上的孔，从液层中鼓泡通过，气液互相接触，传热传质，液体则通过溢流装置，逐层下流；筛板上气层分为三个区域：鼓泡层泡沫层雾沫层（雾沫夹带）；三个区域大小随气流速度大小而定；流速大，泡沫层扩大，传质区扩大；

填料塔气液流动工况：蒸汽从下向上升，液体从上向下流，在填料的表面和空隙内充分接触，进行热质交换；填料塔传质规律——双膜理论：两相流均无阻力存在，整个相际间的传质过程的阻力全部存在于气膜和液膜之中，膜内的传质过程归结为分子扩散过程，两膜层的阻力大小决定了传质速率的大小，这样就使复杂的相际传质过程简化为双膜中分子扩散过程；填料塔与筛板塔比较：

1、流动和传质机理不同：筛板塔精馏只在每块塔板的液池中进行逐板阶段式传热；填料塔精馏是下流液体与上升蒸汽在填料表面以双膜扩散机理进行连续性传质；

2、填料塔生产能力大；

3、填料塔分离效率高：其属膜状传热传质，阻力小，比表面积大，气液接触充分，因而分离效率高；

4、压降小，节能：其阻力为筛板塔1/5；

5、压降小，节能：操作弹性大，负荷变化范围50-110%； 6、持液量小：占塔液体量5%；

7、操作方面：精馏工况建立快；短期停车恢复快；产品提取率高； 8、缺点：规整填料塔高，价格贵；

六、空气的净化

1、空气是多组分的混合气体，除氧、氮及稀有气体外，还含有：水蒸气、二氧化碳、乙炔、碳氢化合物、少量灰尘等固体杂质；

杂质对空分装置的危害：固体杂质：磨损空压机运动部件，堵塞冷却器，降低空压机效率；水蒸气和二氧化碳：随加工空气冷却过程首先会冻结析出，堵塞设备和通道，使空分装置无法生产；乙炔、碳氢化合物：其在空分装置内积聚将导致爆炸；为保障空分装置安全稳定运行，需要采取各种措施，去除空气中杂质。固体杂质的去除：净除对象：颗粒直径在100-0.1um的尘粒，除尘装置设置位置：空压机吸风口处设置空气过滤装置。

空气过滤器种类：干式过滤器：靠织物网眼阻挡尘粒；湿式过滤器：靠油膜粘附灰尘。

干式过滤器种类：干袋式空气过滤器、袋式空气过滤器、自洁式过滤器。过滤器性能指标：除尘效率、阻力、过滤器容尘量

阻力：通过过滤器的阻力，越小越好。阻力增加，空压机能耗增加，除尘效率也会下降；--- 增加滤料的面积可降低阻力或延长使用时间

2、吸附剂在吸附的过程中放出的热量，称吸附热；吸附剂在解吸的过程中需要吸收热量，称脱附热；

空气分离常用的吸附剂：硅胶、活性氧化铝、分子筛

硅胶：吸水性很强，吸附热很高，温升后易破碎，常做干燥剂使用；活性氧化铝：吸水性很强，耐磨抗冲击，不易破碎，解吸热低；

分子筛吸附特点：选择吸附：吸附小于其孔径的分子；干燥度很高：可以获得露

点更低的干燥空气（-70）；有共吸附能力：在吸附水的同时，还能吸附乙炔和CO2 及其它碳氢化合物；分子筛具有高的稳定性：在温度高达700度时仍具有不熔性的热稳定性，除酸和强碱外，对有机溶剂具有强的抵抗力，遇水不会潮解；用简单的加热可使其再生。

影响动吸附容量的因素：温度：随温度升高而下降；压力：随压力升高而升高；流体流速：随流体流速升高而下降；再生完善程度：再生越彻底，吸附容量越大；→ 再生温度高，压力低，解吸气体吸附质含量低，再生效果越好； → 但再生温度高，能耗也高，同时将使分子筛使用寿命缩短。

吸附剂解吸方法：加热再生法（TSA)：用加热气体使吸附剂升温，供给吸附质分子能量，使之脱附。这是利用吸附容量随温度升高而减少的原理实现解吸；变压再生法（PSA)：在吸附进行时操作压力较高，解吸时为常压或抽真空，以降低吸附质的分压使吸附质分子脱附。这是利用了随吸附质分压力下降，吸附容量减少的规律。

以公司3000NM3/h液体空分分子筛为例，步进步骤

（1）、清除空气中水份、二氧化碳和乙炔的方法最常用的是吸附法和冻结法。吸附法就是用硅胶或分子筛等做吸附剂，把空气中所含的水分、二氧化碳和乙炔等分离出来浓缩在吸附剂表面，加温再生时再把它们赶走，从而达到净化的目的。