空分制氮基本原理
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批准：目錄
一、空氣分離的方法 2
二、空氣的組成 2
三、空氣分離制氮的基本原理 2
四、空分流程的發展技術 3
五、本裝置空分流程特點 4
六、本裝置簡介 5
七、主要裝置介紹 5
八、空分主要技術效能指標 5
九、空分工藝流程 5
空分的含義：簡單說就是利用物理或者化學方法將將空氣混合物各組進行分開，獲得高純氧氣和高純氮氣以及一些稀有氣體的過程。
將混合物空氣通過壓縮、膨脹和降溫，直至空氣液化，然後利用氧、氮汽化溫度（沸點）的不同（在標準大氣壓下，氧的沸點為﹣183℃；氮的沸點為﹣196℃），沸點低的氮相對於氧要容易汽化這個特性，在精餾塔內讓溫度較高的蒸氣與溫度較低的液體不斷相互接觸，低沸點組分氮較多的蒸發，高沸點組分氧較多的冷凝的原理，使上公升蒸氣氮含量不斷提高，下流液體中的氧含量不斷增大，從而實現氧、氮的分離。要將空氣液化，需將空氣冷卻到﹣173℃以下的溫度，這種製冷叫深度冷凍（深冷）；而利用沸點差將液態空氣分離為氧、氮、氬的過程稱之為精餾過程。深冷與精餾的組合是目前工業上應用最廣泛的空氣分離方法。
利用多孔性物質分子篩對不同的氣體分子具有選擇性咐附的特點，對氣體分子不同組分有選擇性的進行吸附，達到單高純度的產品。吸附法分離空氣流程簡章，操作方便執行成本較低，但不能獲得高純度的的雙高產品。
利用一些有機聚合膜的潛在選擇性，當空氣通過薄膜或中空纖維膜時，氧氣穿過膜的速度比氮快的多的特點，實現氧、氮的分離。這種分離方法得到的產品純度不高，規模也較小，目前只適用於生產富氧產品。
空氣是由多種氣體組成的，各組分氣體的體積分數大約是：氮氣78%，氧氣21%，氦、氖、氬等稀有氣體0.94%，二氧化碳0.03 %，其他氣體和雜質0.03%。
空氣分離的基本原理就是利用低溫精餾法將空氣冷凝成液體(空氣冷凝溫度-173℃)，然後按各組分蒸發溫度的不同將空氣分離製取氮氣。
壓縮空氣除去水分和二氧化碳等雜質後，經熱交換系統和增壓膨脹機製冷後進入下塔，在塔板上氣體與液體接觸，由於氣、液之間溫度差的存在,在進行傳熱和傳質交換時,低沸點組分氮吸收熱量開始蒸發,氮組分首先蒸發出來，溫度較高的氣體冷凝,放出冷凝熱，氣體冷凝時,首先冷凝氧組分。這過程一直進行到氣相和液相的溫度相等為止，也即氣、液處於平衡狀態。這時，液相由於蒸發,使氮組分減少，同時由於氣相冷凝的氧也進入液相，因此液相的氧濃度增加了，同樣氣相由於冷凝，使氧組分減少，同時由於液相的氮進入氣相，因此氣相的氮濃度增加了。
多次的重複上述過程，氣相的氮濃度就不斷增加,液相的氧濃度也能不斷的增加。這樣經過多次的蒸發與冷凝就能完成整個精餾過程,從而將空氣中的氧和氮分離開來。空氣在下塔被初步精餾為氣氮、汙液氮和富氧液空，以節流閥減壓降溫後送至上塔作為上塔的回流液，進一步實現精餾，最終在上塔頂部得到純氮氣。
空分裝置是由諸多配套部機組成的成套裝置，我國空分於2023年起步，經過50多年的發展，從第一代小型空分流程發展到目前的第六代大型全精餾無氫制氬工藝流程。每一次空分裝置流程的變革和推進，都是新技術、新工藝的創新。透平膨脹機的產生，實現了大型空分裝置全低壓流程；高效板翅式換熱器的出現，使切換板翅式流程取代了石頭蓄冷器、可逆式換熱器流程，使裝置冷量**效率更高；增壓透平膨脹機的出現極大的提高了膨脹機的製冷效率並把輸出的外功有利的得到**；常溫分子篩淨化流程替代了切換式換熱器，使空分裝置淨化系統的安全性、穩定性得到極大提高並使能耗大大降低，隨著規整填料和低溫液體幫浦在空分裝置中的應用，進一步降低了空分裝置的能耗，實現了全精餾無氫制氬，使空分裝置在高效、節能、安全等方面取得了進步。
隨著計算機的廣泛應用，空分裝置的自動控制、變負荷跟蹤調節等變得更為先進。
第一代：高低壓迴圈，氮氣透平膨脹，吸收法除雜質；
第二代：石頭蓄冷器，空氣透平膨脹低壓迴圈；
第三代：可逆式換熱器；
***：分子篩純化；
第五代：規整填料，增壓透平膨脹機的低壓迴圈。
（1）空壓機的分類
a.容積式壓縮機：是依靠往復運動或旋轉運動來改變工作容積，從而使氣體體積縮小而提高氣體壓力，即壓力的提高是依靠直接將氣體體積壓縮來實現。
容積式的包括往復式（活塞機、隔膜式）、迴轉式（羅茨式、螺桿式、滑片式、液環式）。
b.動力式（速度式）壓縮機：是依靠高速旋轉葉輪的作用，提高氣體的壓力和速度，使一部分氣體的速度轉變為氣體的壓力能，即借助高速旋轉葉輪的作用，使氣體分子得到乙個很高的速度，然後在擴壓器內使速度降下來，把動能轉化為壓力能。
速度式包括軸流式、離心式、軸心式+離心複合式、噴射式。
本裝置採用離心式空氣壓縮機（**壓縮、帶末端冷卻器）。
（2）離心式壓縮機工作原理
電動機帶動壓縮機主軸葉輪轉動，在離心力作用下，氣體被甩到工作輪後面的擴壓器中去。而在工作輪中間形成稀薄地帶，前面的氣體從工作輪中間的進汽部份進入葉輪，由於工作輪不斷旋轉，氣體能連續不斷地被甩出去，從而保持了氣壓機中氣體的連續流動。氣體因離心作用增加了壓力，還可以很大的速度離開工作輪，氣體經擴壓器逐漸降低了速度，動能轉變為靜壓能，進一步增加了壓力。
如果乙個工作葉輪得到的壓力還不夠，可通過使多級葉輪串聯起來工作的辦法來達到對出口壓力的要求。級間的串聯通過彎通，回流器來實現。本裝置就採用**葉輪串聯，空氣經過**壓縮，出口壓力達到0.
8mpa。
（3）離心式壓縮機與螺桿式壓縮機的區別
a：構造
離心式壓縮機主要由轉子和定子兩大部分組成；螺桿式壓縮機由雙轉子、機體、主軸承、軸封、平衡活塞及能量調節裝置組成。
b：工作原理
離心式壓縮機氣體進入離心式壓縮機的葉輪後，在葉輪葉片的作用下，一邊跟著葉輪作高速旋轉，一邊在旋轉離心力的作用下向葉輪出口流動，並受到葉輪的擴壓作用，其壓力能和動能均得到提高，氣體進入擴壓器後，動能又進一步轉化為壓力能，氣體再通過彎道、回流器流入下一級葉輪進一步壓縮，從而使氣體壓力達到工藝所需的要求；螺桿式壓縮機噴油單級雙螺桿壓縮機，採用高效帶輪(或軸器)傳動，帶動主機轉動進行空氣壓縮，通過噴油對主機壓縮腔進行冷卻和潤滑，壓縮腔排出的空氣和油混合氣體經過粗、精兩道分離，將壓縮空氣中的油分離出來，最後得到潔淨的壓縮空氣。
（1）冷凍式乾燥機主要零配件
①壓縮機
冷乾機使用的製冷壓縮機目前大多採用中高溫型全密封往復式壓縮機，其特點是：結構緊湊、體積小、重量輕、振動小、雜訊低，能效比高。由於全密封壓縮機的電動機與壓縮機主體密封在一鋼製殼體內，電動機處在冷媒氣態環境中執行，冷卻條件較好，壽命較長。
殼體下部存有規定數量的潤滑油，在壓縮機工作時，對各部自動供油，平時不需再新增潤滑油。在大型冷乾機中，也選用半密封往復機或螺桿壓縮機，它們的特點是製冷功率大，可進行負荷調節以適應不同需要。
②熱交換、蒸發器
熱交換在冷乾機裡的主要作用是利用被蒸發器冷卻後的壓縮空氣所攜帶的冷量（對絕大多數使用者來講這部分冷量屬廢冷）並用這部分冷量來冷卻攜帶大量水蒸氣的較高溫度的壓縮空氣，從而減輕了冷乾機製冷系統的熱負荷，達到節約能源的目的。另一方面，低溫壓縮空氣在熱交換器裡溫度得到回公升，使排氣管道外壁不致因溫度過低而出現結露現象。
蒸發器是冷乾機的主要換熱部件，壓縮空氣在蒸發器中被強制冷卻，其中大部分水蒸氣冷卻而凝結成液態水排出機外，從而使壓縮空氣得到乾燥。在蒸發器中進行的是空氣與冷媒低壓蒸氣之間對流熱質交換，通過節流裝置後的低壓冷媒液體，在蒸發器裡發生相變成為低壓冷媒蒸汽，在相變過程中吸收周圍熱量，從而使壓縮空氣降溫。
為了盡可能獲得較高的的傳熱效果，必須加大放熱係數即加換熱器的換熱面積，因此冷乾機蒸發器和熱交換器銅管的外壁採用了套鋁翅片的措施。同時熱交器銅管上套翅片後可降低空氣對銅管的衝擊及避免銅管破裂。
③冷凝器、二次冷凝器（預冷回熱器）
在冷乾機中冷凝器的作用是將冷媒壓縮機排出的高壓、過熱冷媒蒸氣冷卻成為液態製冷劑，使製冷過程得以連續不斷進行。由於冷凝器排出的熱量包括冷媒從蒸發器吸取的熱量以及由壓縮功轉換過來的熱量。所以冷凝器的負荷比蒸發器來得大，冷乾機中冷凝器分空氣冷卻式（風冷型冷凝器）和水冷卻式（水冷型冷凝器）兩種。
二次冷凝器（預冷回熱器）在機台與熱交換功用相同，兩者區別在於熱交換器主要是高溫和低溫的壓縮空氣的換熱，而二次冷凝主要利用低溫的壓縮空氣與冷凍系統的高壓部分進行冷卻，使冷媒達到充分的冷卻，從而提高機台的製冷效率，同時避免機台冷凝器散熱不良所帶來的高壓跳機或機台故障。
④旋風分離器（氣水分離器）
旋風分離器也是一種慣性分離器，較多地用於氣固分離。壓縮空氣沿筒壁切線方向進入分離器後，在裡面產生旋轉，混在氣體中的水滴也跟著一起旋轉並產生離心力，質量大的水滴所產生的離心力大，在離心力作用下大水滴向外壁移動，碰到外壁（也是擋板）後再集聚長大並與氣體分離。
⑤乾燥過濾器
執行中的製冷裝置，由於製冷劑和冷凍油存在水分、固體粉未、汙垢等雜質，情況嚴重時會使節流結構的節流孔產生髒堵。因此在冷媒供液管前必須裝設乾燥過濾器。另外，製冷劑中微量水分對製冷系統的危害最大。
對冷媒，冷凍油及蒸發器、冷凝器和配管的乾燥處理是極為重要的。
（2）製冷系統冷媒迴圈原理
開機後冷媒經壓縮機壓縮由原來的低溫低壓狀態變成高溫高壓的蒸氣。高溫高壓的蒸氣流入冷凝器及二次冷凝器，其熱量通過熱交換被冷卻介質帶走，溫度下降，高溫高壓的蒸氣因為冷凝變成了常溫高壓的液體。
常溫高壓的液體冷媒流過膨脹閥，因為膨脹閥的節流作用壓力降低，使得冷媒變成常溫低壓的液體。 常溫低壓的液體進入蒸發器後，因為壓力的降低液態冷媒沸騰蒸發變成低壓低溫的氣體，冷媒蒸發時吸收了大量壓縮空氣的熱量，使得壓縮空氣的溫度下降達到乾燥的目的。蒸發後的低溫低壓冷媒蒸氣，從壓縮機的吸氣口流回，被壓縮壓縮後排出進入下一迴圈。
（3）工作原理
潮濕高溫的壓縮空氣流入前置冷卻器（高溫型專用）散熱後流入熱交換器與從蒸發器排出來的冷空氣進行熱交換，使進入蒸發器的壓縮空氣的溫度降低。
換熱後的壓縮空氣流入蒸發器通過蒸發器的換熱功能與製冷劑熱交換，壓縮空氣中的熱量被製冷劑帶走，壓縮空氣迅速冷卻，潮濕空氣中的水份達到飽和溫度迅速冷凝，冷凝後的水分經凝聚後形成水滴，經過獨特氣水分離器高速旋轉，水分因離心力的作用與空氣分離，分離後水從自動排水閥處排出。經降溫後的空氣壓力**最低可達2℃。
空分培訓教材
第一章概述 空氣分離三種技術方法 吸附法 膜分離法及低溫法。吸附法 利用分子篩對不同分子的選擇吸附效能來達到最終分離目的，該技術流程簡單，操作方便，執行成本低，但獲得高純度產品較為困難，而且裝置容量有限，所以該技術有其侷限的應用範圍。膜分離法 利用膜滲透技術，利用氧 氮通過膜的速率的不同，實現兩種組...
空分培訓教材
28000nm3 h空分培訓教材 第一節概述3第二節空氣的性質及分離原理3 第三節流程敘述18 第四節主要裝置介紹20 空氣是一種取之不盡的天然資源，它由具有豐富用途的氧氣 氮氣 氬氣等氣體組成。這些氣體在空氣中是均勻地相互混合在一起的，要將他們分離開來是比較困難的，為此近百年來，隨著工業技術的發展...
空壓站培訓教材
目錄一 概述 1 二 空壓站原理 1 三 工藝過程 1 1.吸氣系統 1 2排氣系統 1 3.油路系統 2 4.後期處理系統 2 四 主要裝置介紹 2 1.空氣濾清器 2 2.空氣壓縮機 3 3.油氣分離器 4 4.潤滑油過濾器 4 5.氣液分離器 4 6.除油過濾器 5 7.微熱再生吸附乾燥機 5...