2_1_空气分离的基本原理
制取氩气的方法
制取氩气的方法一、概述氩气是一种非常重要的惰性气体，被广泛应用于许多领域，如电子、半导体、食品、医药等。
制取氩气的方法有多种，包括分离空气法、化学方法和物理方法等。
本文将详细介绍制取氩气的各种方法及其原理。
二、分离空气法分离空气法是制取氩气最常用的方法之一。
它利用了空气中各种成分的不同沸点和沸腾点之间的差异来实现分离。
具体步骤如下：1. 压缩空气：将空气经过压缩机压缩至高压状态，使其成为液态或超临界状态。
2. 蒸馏：将高压状态下的空气通过蒸馏塔进行蒸馏，使得其中低沸点成分如氧、氮等被分离出来。
3. 分离：将蒸馏后得到的液态混合物通过各种方式进行进一步分离，从而得到纯净的氩。
三、化学方法化学方法是另一种制取氩气的常用方法。
它利用了某些化学反应中氩气的产生来实现制取。
具体步骤如下：1. 氢氧化钠法：将氢氧化钠与空气中的二氧化碳反应，生成碳酸钠和水。
然后将产生的气体通过吸附剂吸附，得到纯净的氩。
2. 碳热还原法：将碳与含有氟化物和氯化物的混合物进行加热反应，产生一种含有高浓度氩气的混合物。
然后将这种混合物通过吸附剂进行分离，得到纯净的氩。
四、物理方法除了以上两种方法外，还有一些物理方法可以用于制取氩气。
这些方法利用了不同成分在特定条件下的不同性质来实现分离。
具体步骤如下：1. 膜分离法：利用特殊材料制成的膜来过滤空气中不同成分，从而得到纯净的氩。
2. 活性炭吸附法：利用活性炭对空气中某些成分有选择性地吸附作用来实现制取。
例如，在低温下将空气通过活性炭床，可让其中低沸点成分如氮、氧被吸附，而高沸点成分如氩则不被吸附。
然后将床中的氩通过加热脱附得到纯净的氩。
五、结论制取氩气的方法有多种，其中分离空气法和化学方法是最常用的方法。
物理方法虽然比较少用，但在某些特定情况下也可以发挥重要作用。
选择何种方法取决于实际需求和条件。
无论采用何种方法，都需要严格控制各种参数以确保得到高纯度、高品质的氩气。
空分设备结构及工作原理1知识讲解
空分装置系统划分所谓空分，就是将空气深度冷却至液态，由于液空其组分沸点各不相同，逐步分离出氧、氮、氩等等。
空分装置大体可分以下几个系统：1、空气过滤系统过滤空气中的机械杂质，主要设备有自洁式空气过滤器。
2、空气压缩系统将空气进行预压缩，主要设备有汽轮机、增压机、空压机等。
3、空气预冷及纯化系统将压缩空气进行初步冷却，并去除压缩空气中的水分和二氧化碳等杂质，主要设备有空冷塔、水冷塔、分子筛纯化器、冷却水泵、冷冻水泵等。
4、分馏塔系统将净化的压缩空气深度冷却，再逐级分馏出氧气、氮气、氩气等，主要设备有透平膨胀机、冷箱(内含主塔、主冷、主还、过冷器、粗氩塔、液氧泵、液体泵等)5、贮存汽化系统将分馏出的液氧、液氮、液氩进行贮存、汽化、灌充，主要设备有低温液体贮槽、汽化器、充瓶泵、灌充台等。
空气冷却塔结构工作原理空冷塔（Φ4300×26895×16），主要外部有塔体材质碳钢，内部有2层填料聚丙烯鲍尔环，并对应2层布水器。
其作用是对从空压机出来的空气进行预冷。
空气由塔底进入，塔顶出去，冷冻水从塔顶进入，塔顶出去，在这样一个工程中，冷冻水和空气在塔内，经布水器填料的作用充分的接触进行换热，把空气的温度降低。
水冷却塔的结构及工作原理水冷却塔（规格Φ4200×16600×12），主要外部有塔体材质碳钢，内部有一层聚丙烯鲍尔环填料，对应一根布水管；一层不锈钢规整填料。
其作用式把从冷却水进行降温，生成冷冻水供给空冷塔。
基本原理和空冷塔一样，从冷箱出来的温度较低的污氮气，进入水冷塔下部，在水冷塔内部经填料与从上部来的冷却水充分接触换热后排出，在此过程中冷却水生成冷冻水。
分子筛结构以及原理，其再生过程原理吸附空气中的水份、CO2、乙炔等碳氢化合物，使进入空气纯净结构：卧式圆筒体、内设支承栅架、以承托分子筛吸附剂使用：空气经过分子筛床层时，将水份、CO2、乙炔等碳氢化合物吸附，净化后的空气CO2含量<1ppm；在再生周期中，先被高温干燥气体反向再生后，再被常温干燥气体冷却到常温，两分子筛成队交替使用。
空气发生器原理
空气发生器原理空气发生器是一种能够产生高纯度氧气或氮气的设备，其原理主要是通过物理或化学方法从空气中提取氧气或氮气。
空气发生器广泛应用于医疗、工业、生活等领域，为人们提供了便利和安全的气体资源。
首先，空气发生器的原理是基于空气的成分。
空气主要由氮气、氧气、水蒸气和稀有气体组成，其中氮气占78%，氧气占21%，其他成分占1%左右。
因此，空气发生器的工作原理就是通过分离这些气体成分，从而得到高纯度的氮气或氧气。
其次，空气发生器的原理包括物理分离和化学分离两种方法。
物理分离主要是通过分子筛、膜分离、压力摩擦等技术，将空气中的氮气和氧气进行分离，从而得到高纯度的氮气或氧气。
而化学分离则是通过化学反应的方法，将空气中的氮气和氧气进行化学反应，然后再进行分离提纯，得到所需的氮气或氧气。
再者，空气发生器的原理还涉及到气体的压缩和净化。
在气体分离的过程中，需要对气体进行压缩，使其达到一定的压力，然后再进行分离提纯。
同时，为了确保分离后的氮气或氧气的纯度，还需要对气体进行净化处理，去除其中的杂质和水分，从而得到高纯度的氮气或氧气。
最后，空气发生器的原理还包括气体的储存和输送。
经过分离提纯后的氮气或氧气需要进行储存和输送，以便供给各个领域的使用。
因此，空气发生器的原理也涉及到气体的储存和输送技术，包括气体储罐、输气管道等设备。
综上所述，空气发生器的原理是基于空气成分的物理或化学分离，包括气体的压缩、净化、储存和输送等技术。
通过空气发生器，我们可以方便地获得高纯度的氮气或氧气，满足各种领域的需求，为人们的生活和生产提供了重要的气体资源。
空分讲义
空分讲义一、什么是空气分离从空气中分离出氧气、氮气、等纯组分气体的过程成为空气分离。
一般是采用深度冷冻法先将空气液化，然后再采用精馏原理来进行分离。
公司空分共有两套装置，是由杭氧设计并提供设备。
每套装置生产能力：35000（≥99.6%O2）Nm3/h氧气（8.4MPaG），10500(≤2ppmO2)Nm3/h 氮气（0.42MPaG）,16000Nm3/h低压氮气，以及各300Nm3/h液氮/液氧。
液氧槽50m3、液氮槽100m3;提供5100Nm3/h、0.8MPaG、露点≤-40℃仪表空气。
单套空分有如下设备：过滤器1台，空压机2台，增压透平膨胀机2台，水泵4台，离心式液氧泵2台，活塞注塞泵2台，水浴式汽化器2台，塔4台，分离器3台，容器两台，换热器22台，冷水机组1台，共计47台设备。
其中氮压机、液氧储槽、液氮储槽两套系统共用。
二、空气分离的基本原理和过程空气分离是在精馏塔中进行的，是利用液化空气中各组份具有不同的沸点，即在同一温度下各种组分的蒸汽压不同，将液空进行多次部分蒸发和部分冷凝，达到分离的目的。
空气中各组分如下（干体积）：氮气78.09% 氧气20.95% 氩气0.932% 这三种组分一般是不变的(99.972%),剩余0.028%的是其它组分：CO2、C2H2等。
空气的沸点：-191.45℃（0.101325MPa）N2 -196℃ O2 -183℃ Ar -186℃空气的临界：温度-141℃，压力3.868MPa要将液化空气中沸点不同的组分分离出来，空分装置的工作包括以下六个过程：(1) 空气的过滤和压缩(2) 空气中水份、二氧化碳、乙炔等杂质的清除(3) 空气被冷却到液化温度(4) 冷量的制取(5) 液化(6) 精馏下面结合PID图分别介绍：1 、空气的过滤和压缩:空气中含有一定量的灰尘和微小颗粒等机械杂质，这些杂质被带进压缩机，会引起叶轮磨损加剧；带进换热器影响换热效果，甚至可能会堵塞换热器增大系统阻力。
空分基本概念与流程组织
空分基本概念与流程组织目录第一章空分的基本概念与流程组织第一节空气分离设备的基本术语在学习空分设备基本知识之前，我们先来了解空分设备上使用的一些术语。
一、空气分离设备基本术语1.空气存在于地球表面的气体混合物。
接近于地面的空气在标准状态下的密度为 m3。
主要成分是氧、氮和氩；以体积含量计，氧约占%，氮约占%，氩约占%，此外还含有微量的氢及氖、氦、氪、氙等稀有气体。
根据地区条件不同，还含有不定量的二氧化碳、水蒸气及乙炔等碳氢化合物，以及灰尘等。
表1.空气组成及特性2氧气分子式O，分子量（按1979年国际原子量），无色、无臭的气体。
在标准状态下的2密度为m3，熔点为,在压力下的沸点为。
化学性质极活泼，是强氧化剂。
不能燃烧，能助燃。
3.氮气，分子量（按1979年国际原子量），无色、无臭、的惰性气体。
在标准状分子式N2态下的密度为m3,熔点为,在压力下的沸点为。
化学性质不活泼，不能燃烧，是一种窒息性气体。
4.纯氮用空气分离设备制取的氮气，其氮含量大于或等于%（体积比）。
5.液氧（液态氧）液体状态的氧，为天蓝色、透明、易流动的液体。
在压力下的沸点为，密度为1140kg/m3。
可采用低温法空气分离设备制取液态或用气态氧液化制取。
6.液氮（液态氮）液体状态的氮，为透明、易流动的液体。
在压力下的沸点为，密度为810kg/m3。
可采用低温法空气分离设备制取液态氮或用气态氮液化制取。
7.液空（液态空气）液体状态的空气，为浅蓝色、易流动的液体。
在压力下的沸点为，密度为873kg/m3。
液空是空气分离过程中的中间产物。
8.富氧液空指氧含量超过的%（体积比）的液态空气。
9.馏分液氮（污液氮）在下塔合适位置抽出的、氮含量一般为95%~96%（体积比）的液体。
10.污氮在上塔上部抽出的、氮含量一般为95%~96%（体积比）的气体。
11.标准状态指温度为0℃、压力为时的气体状态。
12.空气分离从空气中分离其组分以制取氧、氮和提取氩、氖、氦、氪、氙等气体的过程。
空分基本概念与流程组织
空分基本概念与流程组织空分差不多概念与流程组织目录目录 0第一章空分的差不多概念与流程组织 (1)第一节空气分离设备的差不多术语 (1)第二节空分生产基础知识与流程组织 (3)第三节我公司空分装置要紧工艺参数及流程 (9)第二章空气的净化 (15)第一节概述 (15)第二节固体杂质的清除 (16)第三节空气的纯化 (17)第三章空气预冷却系统 (22)第一节预冷流程及原理 (22)第二节空气冷却塔及水冷却塔的结构特点及其功能 (23)第四章精馏与换热 (28)第一节精馏塔 (28)第二节铝板翅式换热器 (33)第五章空分机器与操作 (41)第一节离心式压缩机 (41)第二节汽轮机结构原理与操作 (46)第三节汽轮机、压缩机组常见故障分析 (52)第四节透平膨胀机 (59)第六章空分设备操作及爱护 (63)第七章低温液体贮槽 (68)第一节低温液体贮槽的结构及功能 (68)第二节低温液体贮槽的操作 (69)第八章阀门的基础知识 (72)第一节概论 (72)第二节常用阀门简介 (73)第三节阀门的使用及爱护 (74)第九章空分技术问答 (76)第十章空分装置安全规程 (84)第一节安全注意事项 (84)第二节安全措施 (85)第三节空分事故案例 (86)第一章空分的差不多概念与流程组织第一节空气分离设备的差不多术语在学习空分设备差不多知识之前，我们先来了解空分设备上使用的一些术语。
一、空气分离设备差不多术语1.空气存在于地球表面的气体混合物。
接近于地面的空气在标准状态下的密度为1.29kg/ m3。
要紧成分是氧、氮和氩；以体积含量计，氧约占20.95%，氮约占78.09%，氩约占0.932%，此外还含有微量的氢及氖、氦、氪、氙等稀有气体。
依照地区条件不同，还含有不定量的二氧化碳、水蒸气及乙炔等碳氢化合物，以及灰尘等。
表1.空气组成及特性2氧气分子式O2，分子量31.9988（按1979年国际原子量），无色、无臭的气体。
空气制氧气氮气的原理
空气制氧气氮气的原理
空气是由氧气、氮气、二氧化碳等气体组成的混合气体，而制氧气和
氮气的原理就是通过分离空气中的氧气和氮气来得到纯净的氧气和氮气。
制氧气的原理是利用分子筛吸附技术，将空气中的氧气和氮气分离出来。
分子筛是一种具有特殊孔径大小的物质，它可以选择性地吸附分
子大小适合的气体。
在制氧气的过程中，空气经过压缩和冷却后进入
分子筛吸附器，氮气和其他气体被分子筛吸附，而氧气则通过分子筛，最终得到纯净的氧气。
制氮气的原理与制氧气类似，也是利用分子筛吸附技术将空气中的氮
气分离出来。
在制氮气的过程中，空气经过压缩和冷却后进入分子筛
吸附器，氧气和其他气体被分子筛吸附，而氮气则通过分子筛，最终
得到纯净的氮气。
除了分子筛吸附技术，还有一种常用的制氧气和氮气的方法是利用空
分设备。
空分设备是一种利用空气分子大小和分子极性差异的物理性
质进行分离的技术。
在空分设备中，空气经过压缩和冷却后进入空分
设备，通过分子大小和分子极性差异的分离作用，将氧气和氮气分离
出来，得到纯净的氧气和氮气。
总的来说，制氧气和氮气的原理都是通过分离空气中的氧气和氮气来得到纯净的氧气和氮气。
分子筛吸附技术和空分设备是常用的制氧气和氮气的方法，它们都利用了空气分子大小和分子极性差异的物理性质进行分离。
制氧气和氮气在医疗、工业、化工等领域都有广泛的应用，是现代工业生产和医疗保健的重要组成部分。
1-空气分离基础知识
2.758
-63.7
5.49
+16.6
5.892
01 空气的组成
由表中可以看出，空气主要由氧和氮组成，占99%以上；其次是氩，占0.93%。在 常温、常压下它们呈气态，在标准大气压下，液化温度：氧90.18K（-182.97℃)，氮 77.35K(-195.8℃)，氩87.45K(-185.7℃)。氧和氮的沸点相差约13K，氩和氮的沸点相 差约10K，这就是能够利用低温精馏法将空气分离为氧、氮和氩的基础。
按制冷循环方式、杂质净化方式、分离方式（产品种类、精馏塔形式）、产品的压 缩形式分类。
06 空分装置的性能指标
空分装置除了要达到产品产量和纯度外，还有以下的性能指标： 1）单位电耗：以kw.h/m3为单位来表示。
2）提取率：反映了空气分离的完善程度。表达式：ρO=（VO.yo/ VA.yA）*%。
0.18
0.125
氦 He -246.1 -248.6
0.748
1.204
氪 Kr -153.2 -157.2
1.735
2.155
氙 Xe -108.0 -111.8
1.664
3.52
临界温度（ 临界压力
℃）
(Mpa)
-147 -119
3.382 5.03
-112
4.862
-267.7
0.229
-228.7
名称 氮 氧 氩 二氧化碳 氖 氦 氪
氙
化学符号 N O Ar CO2 Ne He Kr
Xe
体积百分比 78.09 20.95 0.932 0.03 0.00046 0.0016 0.00011
0.000008
重量百分比 75.5 23.1 1.29 0.05
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分子筛——硅酸盐
《煤炭气化工艺》
分子筛
分子筛的吸附顺序
。
CH4 C2H6 C3H8 N2O C2H4
CO2 C2H2 C3H6 nC4H10 iC4H10 C6H6 C3H6O O3 NO
H2O
甲烷 乙烷 丙烷 一氧化二氮 乙烯 二氧化碳 乙炔 丙烯 正丁烷 异丁烷 苯 丙酮 臭氧 一氧化氮 水
3、液化精馏工艺流程分为空气的净化、空 气的液化、空气的分离三个工序。
2-2 空气分离的工艺流程
一、空气的净化 1、机械杂质的脱除
空气中灰尘的处理大多以过滤为主，并辅 以惯性和离心式来处理，大中型空分均使 用无油干式除尘器。目前国内外空分装置 使用的气体过滤器有:
惯性除尘器---初步除尘
原理：是根据空气中各组分的沸点不同，经加压、预冷、纯化、 并利用大部分由透平膨胀机提供的冷量使之液化，再进行精馏， 从而获得所需要的氧气、氮气及其它稀有气体的过程。具体原理 为空气经过增压膨胀对外作功处于冷凝温度,当穿过比它温度低的 氧、氮组成的液体层时,由于气、液之间温度差的存在,要进行热交 换,温度低的液体吸收热量开始蒸发,其中氮组分首先蒸发,温度较高 的气体冷凝,放出冷凝热,气体冷凝时,首先冷凝氧组分.此过程一直 进行到气、液处于平衡状态。这时,液相由于蒸发,使氮组分减少,同 时由于气相冷凝的氧也进入液相,因此液相的氧浓度增加了,同样气 相由于冷凝,使氧组分减少,同时由于液相的氮进入气相,因此气相的 氮浓度增加了.
0% 0% 50 % 50 % 70 % 100 % 100 % 100 % 100 % 100 % 100 % 100 % 100 % 100 % 100 %
2.空气的液化 空气的液化必须采用深冷技术 深冷技术：工业上常将获得-100oC以下温度的方法称为深 度冷冻法，简称深冷法 工业上深度冷冻一般利用高压气体进行绝热膨胀来获得 低温 （1）节流膨胀---对外不做功
项目二 空分操作
2-1 空气分离的基本原理
主要内容一、空分的含义源自 二、空气的组成及沸点 三、空分方法
一、空分的含义
是利用物理或者化学方法将空气分离，获 得纯氧气和纯氮气及一些稀有气体的过程。
二、空气组成及沸点
三、空分原理
1、空气分离的方法
低温法、分子筛吸附、膜分离法 三
种类型。
1、低温法：
20
设计吸附率
CO2含量为 0.1ppm时的
吸附率
CH4 C2H6 C3H8 N2O C2H4 CO2 C2H2 C3H6 nC4H10 iC4H10 C6H6 C3H6O O3 NO
H2O
0% 0% 65 % 65 % 85 % 100 % 100 % 100 % 100 % 100 % 100 % 100 % 100 % 100 % 100 %
这时,液相由于蒸发,使氮组分减少,同时由 于气相冷凝的氧也进入液相,因此液相的氧 浓度增加了,同样气相由于冷凝,使氧组分 减少,同时由于液相的氮进入气相,因此气 相的氮浓度增加了.多次的重复上述过程, 气相的氮浓度就不断增加,液相的氧浓度也 能不断的增加.这样经过多次的蒸发与冷凝 就能完成整个精馏过程,从而将空气中的氧 和氮分离开来.
6
多次的重复上述过程,气相的氮浓度就不断增加,液相的氧浓度也能 不断的增加.这样经过多次的蒸发与冷凝就能完成整个精馏过程,从 而将空气中的氧和氮分离开来。
2、吸附法：
原理：利用分子筛对不同的分子具有选择性吸附的特点，有的 分子筛（如5A、13X等）对氮具有较强的吸附性能，让氧分子通 过，可得到较高纯度的氧气；有的分子筛（碳分子筛等）对氧具 有较强的吸附性能，让氮分子通过，可得到较高纯度的氮气，从 而实现空气的分离。但吸附法目前的氧气纯度只有93%左右。
3、膜分离法：
原理：它是利用一些有机聚合膜的渗透选择性，当空气通过薄 膜或中空纤维膜时，氧气穿透过薄膜的速度约为氮的4-5倍，从而 实现氧、氮的分离 。膜分离的富氧浓度只能达到28～35%O2 。
目前应用较多的是低温法（又叫深度冷冻法）。它的优点：生 产量大，产品纯度高，电耗低且可得到液态产品，故应用广泛。
另外也可用8%~10%的氢氧化钠溶液洗涤空气中的 二氧化碳。
《煤炭气化工艺》
（3）碳氢化合物的脱除
碳氢化合物特别是乙炔进入空分装置并积累到一定程度时易 造成爆炸事故，因此必须脱除。各种烃类在液氧中爆炸敏感 性顺序为：乙炔>丙烯>丁烯>丁烷>丙烷>甲烷。清除空气中 的乙炔采用吸附法。在低温下，乙炔呈固体微粒状浮在液体 空气和液体氧中，当通过装有硅胶的吸附器时，乙炔被硅胶 吸附脱除。
7
2、空分基本原理
空气分离的基本原理，就是低温精馏原理。 利用空气中氧、氮沸点的不同，经膨胀机 制冷而获得的液空，在精馏塔中经过多次 部分蒸发和部分冷凝，而将各组份分离开 来，获得合格氧氮产品的过程。
当空气穿过比它温度低的氧、氮组成的液 体层时,由于气、液之间温度差的存在,要 进行热交换,温度低的液体吸收热量开始蒸 发,其中氮组分首先蒸发,温度较高的气体 冷凝,放出冷凝热,气体冷凝时,首先冷凝氧 组分.这过程一直进行到气相和液相的温度 相等为止,也即气、液处于平衡状态。
《煤炭气化工艺》
（4）冷箱前端净化
空气经除尘、压缩、水冷后，水分、CO2及烃类物质还 存留在其中，为了保证冷箱内设备不受堵塞并消除爆炸 危险，现在直接利用分子筛吸附法，可以使各种有害气 体杂质清除干净。
分子筛
分子筛即人工沸石，为强极性吸附剂，对极性分子有很大的亲 和力，并且其热稳定性和化学稳定性高。分子筛具有微孔尺寸大 小一致的特点，凡被处理的流体分子若大于其微孔尺寸的都不能 进入微孔，起到筛分作用，所以被称为分子筛。
弯管型
百叶窗型
多层隔 《煤炭气化板工塔艺型》
电动卷帘式干带过滤器---初步除尘
《煤炭气化工艺》
脉冲纸筒式过滤单元
《煤炭气化工艺》
（1）水分及CO2的脱除
脱除CO2、水蒸气一般用吸附法和冻结法。
吸附法是空气通过装有分子筛或硅胶的吸附器，二氧化碳和 水蒸气被吸附，达到清除的目的； 冻结法是在低温下，水分和二氧化碳以固态形式冻结，在切 换式换热器的通道内而被除去。经过一段时间后，自动将通 道切换，让干燥的返流气通过该通道，使前一段时间冻结的 二氧化碳和水蒸气在该气流中蒸发、升华而被带出装置。