第一部分空氣深冷分離的原理及設(shè)備工藝流程

第一章空分深冷液化分離原理

第一節(jié)概述

一.空分裝置發(fā)展簡(jiǎn)況

當(dāng)今世界科技與經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，各行各業(yè)對(duì)氧、氮、筑的需求急增，用量越來(lái)越大，也就促使

空分設(shè)備（制氧機(jī)）越造越大?，F(xiàn)國(guó)外空分設(shè)備特點(diǎn)是：巨型化、填料塔、無(wú)氫制負(fù)、內(nèi)壓縮、

氣液并產(chǎn)、高自動(dòng)化、高可靠、低能耗、長(zhǎng)周期等。對(duì)于國(guó)內(nèi)企業(yè)來(lái)說(shuō)近幾年發(fā)展很快，包

括杭州制氧機(jī)集團(tuán)有限公司、開(kāi)封空分集團(tuán)有限公司、四川空分設(shè)備集團(tuán)有限公司都在不斷壯

大空分設(shè)備也越造越大，但與國(guó)外知名公司還有差距。法國(guó)液化空氣公司（以下簡(jiǎn)稱法液空或

L'air）建于1902年（克勞特發(fā)明活塞式膨脹機(jī)，建立"克勞特液化循環(huán)〃之年）。1910年制成第

一臺(tái)中壓帶膨脹機(jī)的10m3/h制氧機(jī)，開(kāi)始生產(chǎn)空分設(shè)備。1917年制成125m3/h制氧機(jī)。1925

年法液空在意大利建成世界上第一家以管道來(lái)供應(yīng)氧氣"945年制成800m3/hO2、3300m3/hN2

同時(shí)制取的空分設(shè)備。1957年制造10750m3/h空分設(shè)備。隨后法液空制造過(guò)16250、20800、

25900>43700、50400.66900>74000等m3/h大型空分設(shè)備。

法液空是法國(guó)唯一生產(chǎn)空分設(shè)備的廠家，是世界上資格最老的空分設(shè)備制造公司之是世界第一

大氣體公司

德國(guó)林德冷凍機(jī)械制造公司（以下簡(jiǎn)稱林德公司或Linde）創(chuàng)建于1879年6月。1895年5月29

日，林德利用焦耳一湯姆遜效應(yīng)制成世界上第一臺(tái)3L/h高壓空氣液化裝置,液化空氣獲得成功,

并投入工業(yè)生產(chǎn)，建立了〃林德節(jié)流液化循環(huán)〃，隨之林德公司設(shè)立氣體液化部，開(kāi)始設(shè)計(jì)和研

制氣體液化和氣體分離設(shè)備。1896年，林德通過(guò)液化空氣的部分蒸發(fā)獲得氧量為50%的混合

物。1900年，林德制成用氨預(yù)冷的實(shí)用化的空氣液化裝置，并在博覽會(huì)上首次展出。1902年,

林德設(shè)計(jì)第一臺(tái)單級(jí)精播的制氧機(jī)。1903年由卡爾?林德設(shè)計(jì)制成世界上第一臺(tái)工業(yè)性10m3/h

制氧機(jī)，采用高壓節(jié)流單塔流程，制氧機(jī)從此誕生。1907年制成50m3/h制氧機(jī)。19w年制

成80m3/h和150m3/h制氧機(jī)，1930年試制成功第一臺(tái)工業(yè)規(guī)模林德?法蘭克爾（蓄冷器）型

255m3/h、99%?99.5%02的制氧機(jī)。1939年制成3350m3/h、98%02的制氧機(jī)。1947年林德

公司開(kāi)始開(kāi)發(fā)全低壓工藝氧設(shè)備。1957年制成10000m3/h空分設(shè)備。20世紀(jì)60年代后，林

德公司制造過(guò)11000、12000.12500、20000.26000、28000、30000、37250、40000.44600、

55030>70000m3/h等空分設(shè)備。

美國(guó)空氣制品與化學(xué)品公司（以下簡(jiǎn)稱APCI）創(chuàng)建于1939年。1941年制造出第一臺(tái)空分設(shè)備。

1961年制成10500m3/h空分設(shè)備。1964年制成25000m3/h空分設(shè)備。另外還制造過(guò)30000、

33500、35000、48000m3/h等空分設(shè)備。。APQ最大的空分設(shè)備為供荷蘭鹿特丹殼牌石油公司

的90520m3/h空分設(shè)備己于1997年投產(chǎn)，其加工空氣量為45萬(wàn)m3/h,可同時(shí)生產(chǎn)

90520m3/hO2>216450m3/hN2、450t/d液態(tài)產(chǎn)品和2878m3/hAr。國(guó)外大氣體公司注重對(duì)自己

產(chǎn)品的更新?lián)Q代，為用戶節(jié)能降耗，增加效益。從趨勢(shì)看，化工型空分設(shè)備的需求可能要超過(guò)

冶金型空分設(shè)備的需求。因此，空分設(shè)備的未來(lái)前景還將是好的。當(dāng)前世界空分設(shè)備公司，法

液空、APCK林德“三足鼎立〃，競(jìng)爭(zhēng)發(fā)展；BOC、普萊克斯、梅塞爾也在努力拼上，可謂后〃三

足鼎立〃。我國(guó)空分設(shè)備行業(yè)，近幾年從低谷攀升，形勢(shì)好轉(zhuǎn)，也形成了杭氧、開(kāi)空、川空〃三

足鼎立〃的局面（不計(jì)合資公司）。世界空分流程基本定型，我國(guó)與國(guó)外的差距正在縮小。

經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，我國(guó)空氣分離設(shè)備制造業(yè)已形成杭州杭氧股份有限公司、四川空分設(shè)備（集

團(tuán)）有限公司、開(kāi)封空分集團(tuán)有限公司三足鼎立局面。另外，法液空、林德等跨國(guó)公司在中國(guó)

建立了合資或獨(dú)資空分設(shè)備制造企業(yè)，給中國(guó)空分設(shè)備制造企業(yè)發(fā)展增添了新的力量。2004

年年末，杭氧與德國(guó)梅塞爾集團(tuán)簽署了聯(lián)合促銷與發(fā)展協(xié)議，使我國(guó)空分設(shè)備制造有望挑戰(zhàn)世

界壟斷市場(chǎng)。

空分設(shè)備制造領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)企業(yè)與國(guó)外先進(jìn)水平至少有十年的差距。大型空分設(shè)備，還是跨

國(guó)氣體公司占優(yōu)勢(shì)。中國(guó)經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展，鋼鐵、石化、化工更是超常規(guī)發(fā)展，工業(yè)氣體的增速

為12%?15%。為此引進(jìn)了100多套大型空分設(shè)備，寶鋼還引進(jìn)了72000m3/h的空分設(shè)備。

而國(guó)內(nèi)企業(yè)所獲訂單甚少，杭氧設(shè)計(jì)制造的52000m3/h空分設(shè)備，代表了國(guó)內(nèi)最高水平。

二.空氣分離的方法：

1.低溫法：先將空氣通過(guò)壓縮、膨脹降溫，直至空氣液化，在利用氧、氮的氣化溫度（沸點(diǎn)）

不同，沸點(diǎn)底的氮相對(duì)于氧要容易氣化這個(gè)特性，在精傕塔內(nèi)讓溫度較高的蒸氣與溫度較低的

液體不斷相互接觸，液體中的氮較多地蒸發(fā)，氣體中的氧較多地冷凝，使上升蒸氣中含氮量不

斷提高，下流液體中的含氧量不斷增大，以此實(shí)現(xiàn)將空氣分離。要將空氣液化需將空氣冷卻到

?173.15C以下的溫度，這種制冷叫〃深度冷凍〃；而利用沸點(diǎn)差將液空分離的過(guò)程叫〃精微過(guò)程〃。

低溫法實(shí)現(xiàn)空氣分離是深冷與精馀的組合，是目前應(yīng)用最為廣泛的空氣分離方法。

2.吸附法：它是讓空氣通過(guò)充填有某種多孔性物質(zhì)一一分子篩的吸附塔，利用分子篩對(duì)不同

的分子具有選擇性吸附的特點(diǎn)，有的分子篩（如5A、13X等）對(duì)氮具有較強(qiáng)的吸附性能，讓氧

分子通過(guò)，因而可得到純度較高的氧氣；有的分子篩（碳分子篩等）對(duì)氧具有較強(qiáng)的吸附性能,

讓氮分子通過(guò)，因而可得到純度較高的氮?dú)?。由于吸附劑的吸附容量有限，?dāng)吸附某種分子達(dá)

到飽和時(shí)，就沒(méi)有繼續(xù)吸附的能力，需要將被吸附的物質(zhì)驅(qū)趕掉，才能恢復(fù)吸附的能力。這一

過(guò)程叫〃再生〃。因此，為了保證連續(xù)供氣，需要有兩個(gè)以上的吸附塔交替使用。再生的方法可

采用加熱提高溫度的方法（TSA）或降低壓力的方法（PSA）.這種方法流程簡(jiǎn)單，操作方便，運(yùn)

行成本較低，但要獲得高純度的產(chǎn)品較為困難，產(chǎn)品氧的純度在93%左右。并且，它只適宜于

容量不太大（小于4000m3/h）的分離裝置。

3.膜分離法：它是利用一些機(jī)聚合膜的滲透選擇性，當(dāng)空氣通過(guò)薄膜或中空纖維膜時(shí)，氧氣

的穿透過(guò)薄膜的速度約為氮的4~5倍，從而實(shí)現(xiàn)氧、氮的分離。這種方法裝置簡(jiǎn)單，操作方便,

啟動(dòng)快投資少，但富氧濃度一般適宜在28%~35%,規(guī)模也只宜中、小型，所以只適用于富氧燃

燒和醫(yī)療保健等方面。目前在玻璃窯爐中已得到實(shí)際應(yīng)用。

三,空分裝置類型

制氧機(jī)的分類方法很多，按產(chǎn)品的狀態(tài)分為產(chǎn)氣氧、產(chǎn)液氧，既產(chǎn)氣氧又產(chǎn)液氧的制氧機(jī);

按產(chǎn)品種類分有單高產(chǎn)品、雙高產(chǎn)品（氧和氮）帶氨制氧機(jī)（氧、氮和氧）及全提?。ㄑ?、氮、

筑及其他稀有氣體）。

依照產(chǎn)量分有小型制氧機(jī)，小時(shí)產(chǎn)量小于1000m3/h；中型制氧機(jī)，小時(shí)產(chǎn)量1（X）（）?1（）000

m3/h；大型制氧機(jī)大于10000nrVho

根據(jù)操作壓力分成高壓制氧機(jī)，操作壓力為20Mpa；中壓制氧機(jī)操作壓力通常為1?5Mpa；

全低壓制氧機(jī)其操作壓力為0.5?0.6Mpa。制氧機(jī)的操作壓力是由低溫循環(huán)系統(tǒng)壓力而決定的。

高壓流程的液化循環(huán)是以節(jié)流為基礎(chǔ)的低溫循環(huán)；中壓流程的液化循環(huán)是以克勞特循環(huán)為基礎(chǔ)

的；而低壓流程的液化循環(huán)的基礎(chǔ)是卡皮查循環(huán)。

按換熱器類型分，可分為板式、管式、管板式制氧機(jī)。

第二節(jié)空氣的凈化

空氣是多組分的混合氣體，除氧、氮及稀有氣體組分外，還含有水蒸氣、二氧化碳、乙快及其

它碳?xì)浠衔?，并含有少量灰塵等固體雜質(zhì)。這些雜質(zhì)隨空氣進(jìn)入空壓機(jī)與空氣分離裝置中會(huì)

帶來(lái)較大的危害。固體雜質(zhì)會(huì)磨損空壓機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)部件，堵塞冷卻器，降低冷卻效率及空壓機(jī)的

等溫效率。而水蒸氣和二氧化碳在加工空氣冷卻的過(guò)程中會(huì)首先凍結(jié)析出，將堵塞設(shè)備及氣體

通道，致使空分裝置無(wú)法生產(chǎn)。更嚴(yán)重的是，乙快及其它碳?xì)浠衔镌诳辗盅b置中枳聚會(huì)導(dǎo)致

爆炸事故的發(fā)生，所以為了保證制氧機(jī)的安全運(yùn)行，必須設(shè)置專門的凈化設(shè)備。

空氣凈化方法有機(jī)械雜質(zhì)的過(guò)濾清除和化學(xué)法清除水分或二氧化碳。所謂化學(xué)法就是應(yīng)用

某種適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)反應(yīng)將雜質(zhì)清除；凍結(jié)法將雜質(zhì)轉(zhuǎn)變成固體加以清除；應(yīng)用較多的是吸附法。

此法乃是利用固體表面對(duì)氣體雜質(zhì)的吸附特性而使空氣凈比。

一.機(jī)械雜質(zhì)的清除

在工業(yè)區(qū)的空氣含塵量一般為1~5mg/n?,灰塵粒度為0.5~20|jm,就以10000m3/h制氧機(jī)的加工

空氣量估算，每天隨加工空氣帶到空分裝置的灰塵就有10kg之多。空壓機(jī)如果直接吸入這樣臟

的空氣，很快就會(huì)損壞，因此：在空壓機(jī)入口管道上均設(shè)置空氣過(guò)濾器，清除空氣中的固體雜

質(zhì)。

固體雜質(zhì)顆粒直徑大于l（）（）pm的在重力作用下會(huì)自動(dòng)降落，小于（）"m的極小粒子不致引起危

害。故凈除的對(duì)象為的塵粒。顯然，粒度越小的塵埃越難以清除?？諝膺^(guò)濾器主要

捕集的是的塵粒。凈除后空氣中含固體雜質(zhì)的量小于O.5mg/n?。

1、過(guò)濾除塵原理

過(guò)濾作用對(duì)于大的塵粒用其重力或慣性力、離心力使之沉降。相應(yīng)有慣性除塵器及離心除

塵器。

對(duì)于塵粒的直徑小于的捕集是利用擴(kuò)散粘附力或庫(kù)侖力的作用將其凈除。擴(kuò)散捕集

是塵粒雜亂無(wú)章的自由運(yùn)動(dòng)，碰撞纖維而沉降，或者因?yàn)椴都砻娴拈g隙，例如織物的網(wǎng)眼等

于或小于塵粒的直徑，塵粒被阻擋或篩分。粘附捕集是用液滴、液膜、氣泡等洗滌含塵氣體，

使塵粒粘附或相互凝集而凈除。庫(kù)侖力除塵也就是電除塵。它是用高壓直流電形成不均勻電場(chǎng),

電場(chǎng)電暈放電使塵粒帶電，將其捕集于集塵電極上?？辗盅b置加工空氣中的塵粒是微小的，通

常小于又因?yàn)榘踩脑?，所以空氣過(guò)濾器多采用擴(kuò)散粘附的原理，相應(yīng)的過(guò)濾器有

表面式或內(nèi)部過(guò)濾式過(guò)濾器。表面過(guò)濾的濾料為布、網(wǎng)等織物或過(guò)濾紙。內(nèi)部過(guò)濾的濾料為纖

維層、顆粒層多孔陶瓷等。

2、過(guò)濾器的分類

根據(jù)除塵原理，空氣過(guò)濾器可分為干式或濕式兩種。干式過(guò)濾器屬于表面式過(guò)濾器，靠織

物網(wǎng)眼阻擋塵粒；濕式過(guò)濾器靠油膜粘附灰塵。

2.1濕式過(guò)濾器

在空分裝置中常用的濕式過(guò)濾器有兩種：拉西環(huán)式空氣過(guò)濾器和鏈帶式過(guò)濾器。

2.1.1拉西環(huán)式過(guò)濾器

它具有鋼制外殼，在其內(nèi)插入裝填拉西環(huán)的插入盒，環(huán)上涂有低凝固點(diǎn)過(guò)濾油，空氣通過(guò)

插入盒，灰塵便附著在過(guò)濾油上，同時(shí)由于空氣流速的降低，部分灰塵也將沉降于其中。這種

空氣過(guò)濾器不需要特殊的操作，只需要注意過(guò)濾的阻力。當(dāng)裝置停車時(shí)，應(yīng)清洗插入盒，用氫

氧化鈉溶液或煤油洗滌，然后再用水洗并干燥，使用刷子或?qū)⒉迦牒谐翛](méi)于油容器中的方法，

使拉西環(huán)上均勻的粘附一層油，多余油在幾小時(shí)內(nèi)，從插入盒內(nèi)流出，則重新將盒插入過(guò)渡器

中，插入盒中的拉西環(huán)應(yīng)裝填均勻，不留自由空間，否則空氣從空位通過(guò)，過(guò)濾效果變差。

2.1.2鏈帶式空氣過(guò)濾器

過(guò)濾器由許多鏈組成，片狀鏈帶上裝有框架，每個(gè)框架上鋪有幾層孔為Imn?的絲網(wǎng)?？?/p>

架掛在鏈帶活動(dòng)接點(diǎn)上。鏈帶靠電動(dòng)機(jī)變速傳動(dòng)，經(jīng)鏈輪以2mm/min的速度緩慢移動(dòng)或間歇移

動(dòng)。過(guò)濾器裝在外殼內(nèi)，外殼下面有油槽。當(dāng)空氣通過(guò)網(wǎng)架時(shí)，所含的灰塵被網(wǎng)上的油膜所粘

附。隨著鏈輪的回轉(zhuǎn)，附著的灰塵通過(guò)油槽時(shí)被洗掉并被覆蓋上一層新的油膜。此種過(guò)濾器的

主要缺點(diǎn)是除塵后的空氣中含有少量的油滴一旦加工空氣量增大，氣流速度增大，含油量會(huì)大

大增加。為防止空氣中帶油，可在鏈帶式過(guò)濾器后增加一道干式過(guò)濾器。

L2干式過(guò)濾器

2.2.1干帶式空氣過(guò)濾器

干帶是一種尼龍絲織成的長(zhǎng)毛絨狀制品。它由一個(gè)電動(dòng)機(jī)變速傳動(dòng)，隨著灰塵的積聚，空

氣通過(guò)干帶阻力增大。當(dāng)超過(guò)規(guī)定值時(shí)（約為147pa）,帶電接點(diǎn)的壓差計(jì)將電機(jī)接通，使干

帶轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)空氣阻力恢復(fù)正常時(shí)，即自動(dòng)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。這種過(guò)濾器通常串聯(lián)于鏈帶式過(guò)濾器

之后，用來(lái)清除空氣中夾帶的細(xì)塵和油霧。過(guò)濾后空氣中基本不含油。這種過(guò)濾器效率很高，

對(duì)粒度大于0.003mm的灰塵，過(guò)濾效率為100%,粒度為QOO8~O.OO3mm的灰塵，過(guò)濾效率為

97%o

2.2.2袋式過(guò)濾器

袋式過(guò)濾器的濾袋由羊毛氈與合成纖維織成。每個(gè)袋的尺寸約為e223mmX2,高度為

9130mm,濾袋數(shù)目取決于氣量的大小，過(guò)濾風(fēng)速約為0.04~0.1m/s?？諝鈴捻敳窟M(jìn)入，經(jīng)分配

器后流入袋內(nèi)，經(jīng)濾袋過(guò)濾后由下部流出。積聚在袋上的灰塵靠反吹風(fēng)機(jī)吹落。當(dāng)灰塵在濾袋

上積累到使壓差達(dá)到980pa時(shí)，反吹羅茨風(fēng)機(jī)及反吹環(huán)就自動(dòng)起動(dòng)，反吹空氣通過(guò)膠皮軟管進(jìn)

入過(guò)濾器內(nèi)的反吹裝置，反吹環(huán)由0.4kw的電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)，并設(shè)有限位開(kāi)關(guān)，能上下來(lái)回移動(dòng)，

反吹空氣經(jīng)過(guò)分配管至反吹環(huán)局部反吹濾袋，不需停止或切換過(guò)濾器就使整個(gè)濾帶均能被反吹

干冷。當(dāng)壓差降至548.8pa時(shí)，反吹風(fēng)機(jī)及反吹環(huán)就自動(dòng)停止。被反吹下來(lái)的灰塵落入底部灰

斗，定時(shí)由星形閥排出。這種過(guò)濾器的過(guò)濾效率很高，對(duì)粒度大于0.0002mm的灰塵，效率在

98%以上。并且過(guò)濾后的空氣中不含油分，也不消耗油，操作方便。此外，對(duì)空氣灰塵含量不

受限制，適應(yīng)性好，對(duì)不同容量的空分裝置可用改變?yōu)V袋的數(shù)目來(lái)適應(yīng)，比較方便。其缺點(diǎn)是

過(guò)渡速度較高，阻力較大，高達(dá)588?1176pa；對(duì)濕度太大的地區(qū)或季節(jié)，濾袋易被堵塞。

2.2.3固定筒式過(guò)濾器

此種過(guò)濾器有64個(gè)單元模件，每個(gè)模件有4支濾芯，每8支濾芯為1小組，以程序控制器按

順序用空壓機(jī)后的壓縮空氣反吹除灰。性能參數(shù)是空氣速度lm/s,初始阻力8mmH?。。當(dāng)阻力

達(dá)到750pa時(shí)，自動(dòng)反吹其中4個(gè)模件，阻力降至5()()pa自動(dòng)停吹。濾芯一般可用16~24個(gè)月，更

換下來(lái)的濾芯只要更換新濾料仍然可以使用。此過(guò)濾器對(duì)3~51am的塵粒，過(guò)濾效率為99.99%。

這種過(guò)濾器適用于塵量較大的地區(qū)，過(guò)濾效率高且便于維護(hù)。既便是更換濾芯也只需要一個(gè)人

站在平臺(tái)上就能完成。

2.2.4自潔式空氣過(guò)濾器

現(xiàn)代制氧機(jī)普遍采用自潔武空氣過(guò)濾器，自潔式空氣過(guò)濾器的主要部件包括：空氣濾筒、

脈沖反吹系統(tǒng)、凈氣室、框架、控制系統(tǒng)。反吹系統(tǒng)由氣動(dòng)隔膜閥、電磁閥、專用噴嘴及壓縮

空氣管路組成?？刂葡到y(tǒng)主要由脈沖控制儀、差壓變送器、控制電路等組成。自潔式空氣過(guò)濾

器的凈氣室出口與空壓機(jī)入口連接，在負(fù)壓的作用下，從大氣中吸入加工空氣?？諝饨?jīng)過(guò)過(guò)濾

筒，灰塵被濾料阻擋。無(wú)數(shù)小顆粒粉塵在淀料的迎風(fēng)表面形成一層塵膜。塵膜可使過(guò)渡效果有

所提高，同時(shí)也使氣流阻力增大。當(dāng)阻力增至高限600Pa時(shí)，由壓差變送器將阻力信號(hào)傳給脈

沖控制儀中的電腦，電腦發(fā)出指令，自潔系統(tǒng)開(kāi)始工作；電磁閥接到指令后，按程序控制、驅(qū)

動(dòng)隔膜閥，隔膜閥瞬間釋放出壓縮空氣，其壓力為600?BOOkPa,經(jīng)噴嘴整流后，自濾筒內(nèi)部

反吹濾筒，將濾料外表面的粉塵吹落，阻力隨之下降。當(dāng)阻力達(dá)到濾料的初始阻力(約150Pa)

時(shí)，自潔系統(tǒng)停止T作.自潔式過(guò)濾器的濾筒分成多組,每組包括多個(gè)濾筒.每組都設(shè)置一個(gè)

隔膜閥。某一個(gè)閥門動(dòng)作，只反吹它涉及到的那組濾筒，其余各組照常工作，因此自潔系統(tǒng)不

影響過(guò)濾器的連續(xù)工作。濾筒的使用壽命為18?24個(gè)月。濾料為優(yōu)質(zhì)防水型濾紙。當(dāng)濾筒阻力

經(jīng)反吹，居高不下，并升至報(bào)警值(800Pa)時(shí)，表示濾筒需要更換。更換濾筒的操作簡(jiǎn)單易行,

亦無(wú)須停機(jī)。

自潔空氣過(guò)濾器的優(yōu)點(diǎn)有：

1)濾筒的過(guò)濾效率高，阻力低，使用壽命長(zhǎng)，且能抗水霧;

2）自動(dòng)反吹清掃灰塵，達(dá)到自潔。可保證空壓機(jī)連續(xù)2年以上不間斷運(yùn)行。實(shí)驗(yàn)證明，連

續(xù)運(yùn)行5?10年的離心式空壓機(jī)內(nèi)部無(wú)明顯結(jié)垢，葉片毫無(wú)粉塵磨損的痕跡；

3）設(shè)備檢修維護(hù)方便，費(fèi)用低。濾筒壽命長(zhǎng)，更換方便，且可以不停機(jī)更換。濾料為優(yōu)質(zhì)

防水紙料，價(jià)格便宜；

4）脈沖反吹自潔式空氣過(guò)濾器為干式空氣過(guò)濾器，與濕式空氣過(guò)濾器相比，加工空氣不帶

油，沒(méi)有危及空分裝置安全的問(wèn)題。

二.水分、二氧化碳、乙煥的清除

空氣中水分的含量約為4?4（）g/n】3空氣，二氧化碳的含量約為（）.6?0.9g/n/空氣?？辗盅b置

是在溫度很低的范圍內(nèi)操作，其中最低的溫度約為-194℃。在這樣低的溫度下，空氣中的水分

及二氧化碳早已全部以固態(tài)的形式析出。當(dāng)空氣的溫度低于0C時(shí)，水分即開(kāi)始變成冰或雪，

二氧化碳在-130C左右時(shí)也開(kāi)始以固態(tài)形式析出。這些雜質(zhì)在低溫?fù)Q熱器、透平膨脹機(jī)或精儲(chǔ)

塔里凍結(jié)，就會(huì)堵塞通道，管路和閥門，致使傳熱、精微惡化，阻力增大，冷損增加。這樣，

不但使經(jīng)濟(jì)性降低，嚴(yán)重時(shí)甚至使裝置無(wú)法正常工作，只得停車加溫。為保證制氧機(jī)能長(zhǎng)期安

全運(yùn)轉(zhuǎn)，在大型全低壓制氧機(jī)中，主要采用切換式換熱器（蓄冷器或可逆式換熱器）來(lái)清除空

氣中的水分和二氧化碳。此外，還有二氧化碳吸附器、干燥器及過(guò)濾器等設(shè)備。

切換式換熱器除用來(lái)回收低溫產(chǎn)品氣體（氧氣和氮勺）的冷量及冷卻空氣外，同時(shí)能不靠

化學(xué)藥劑或吸附劑，自動(dòng)清除空氣中的水分和二氧化碳，因此叫自清除。它的基本原理是當(dāng)空

氣通過(guò)切換式換熱器時(shí)，空氣從室溫冷卻至-172C,使空氣中的水分及二氧化碳基本上全部?jī)?/p>

結(jié)在換熱器的通道內(nèi)，空氣以干燥狀態(tài)離開(kāi)換熱器。經(jīng)一定時(shí)間間隔后，自動(dòng)將通道切換，讓

低壓的干燥返流氣體通過(guò)該通道，使前一階段凍結(jié)的水分和二氧化碳在該氣流中蒸發(fā)、升華而

被帶走，保證通道暢通，使下周期空氣通過(guò)時(shí)，水分及二氧化碳又有繼續(xù)被凍結(jié)清除的可能。

因止二，自清除包括凍結(jié)與清除兩個(gè)階段。

自清除問(wèn)題的解決，為全低壓大型制氧的發(fā)展提供了可能，它也是保證制氧機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的

關(guān)鍵問(wèn)題之一。因此，必須對(duì)自清除的原理有充分的了解。

清除空氣中的水分、二氧化碳和乙怏的方法最常用的是吸附法和凍結(jié)法。凍結(jié)法就是空氣

流經(jīng)蓄冷器或切換式換熱器時(shí)把其中所含的水分和二氧化碳凍結(jié)下來(lái)（乙快不能凍結(jié)），然后被

干燥的返流氣體帶出裝置，即自清除。吸附法就是用硅膠或分子篩等作吸附劑，把空氣中所含

的水分、二氧化碳和乙烘，以及液空、液氧中的乙烘等雜質(zhì)分離出來(lái)，濃聚在吸附劑的表面上

（沒(méi)有化學(xué)反應(yīng)），加溫再生時(shí)再把它們趕掉，從而達(dá)到凈化的目的。例如設(shè)置干燥器、二氧化

碳吸附器、液空吸附器、液氧吸附器。采用分子篩凈化流程可用分子篩同時(shí)吸附清除空氣中的

水分、二氧化碳和乙煥，使流程簡(jiǎn)化，已在制氧機(jī)上普遍地被采用。下面主要介紹分子篩凈化

流程。

在大型空分裝置中，除了靠切換式換熱器凍結(jié)清除水分和二氧化碳外，加溫用的干燥空氣

通常是用水分吸附器（T燥器）束清除水分。有的還設(shè)有啟動(dòng)干燥器，作為啟動(dòng)階段清除空氣

中的水分之用，以保證切換式液熱器在啟動(dòng)時(shí)的正常工作，同時(shí)避免在透平膨脹機(jī)內(nèi)因溫度降

低而析出水分，保證膨脹機(jī)的安全運(yùn)轉(zhuǎn)。對(duì)采用中抽法的蓄冷器，中抽空氣中的二氧化碳靠二

氧化碳吸附器來(lái)清除，同時(shí)吸附掉部分乙煥。在切換式換熱器中未被清除干凈的固體二氧化碳

顆粒由過(guò)濾器過(guò)濾掉。空氣中的乙快不可能在切換式換熱器內(nèi)被凍結(jié)清除，而它又是制氧機(jī)最

危險(xiǎn)的敵人。它主要也是靠吸附法來(lái)清除。

吸附法是一種較先進(jìn)的技術(shù)，在小型制氧裝置中，對(duì)水分和二氧化碳的清除早期是采用化

學(xué)法。用堿水（氫氧化鈉溶液）洗滌二氧化碳，生成碳酸鈉。用粒度為25?4（）毫米的固體燒堿

與水起化學(xué)反應(yīng)，清除水分。采用這種方法，燒堿需經(jīng)常消耗更換，無(wú)法再生。清除1公斤水

分約需消耗0.9~1公斤堿，因此成本高，勞動(dòng)量大，并且清除效果差。凈化后的水分含量0.8~1g/n?

空氣，相應(yīng)的露點(diǎn)為-20℃。所以目前逐步被吸附法所代替。

1.吸附

某種物質(zhì)的分子在一種多孔固體表面濃聚的現(xiàn)象稱之為吸附。被吸附的物質(zhì)叫“吸附質(zhì)”，

而具有多孔的固體表面的吸附相稱作“吸附劑”。依據(jù)吸附質(zhì)與吸附劑之間的吸附力的不同，

吸附又可分為物理吸附和化學(xué)吸附。物理吸附的吸附力為分子力也稱為范德華吸附；而化學(xué)吸

附則是由化學(xué)鍵的作用而引起的。凈化空氣所采用的吸附法純屬為物理吸附。對(duì)于吸附劑而言，

固體表面上有未飽和的表面力，為使表面力作用加強(qiáng)，活性顯著，吸附劑應(yīng)該是顆粒狀的多孔

物質(zhì)。吸附使表面力飽和，表面能降低，因而吸附過(guò)程放熱，所放出的熱量稱為“吸附熱”。

不管吸附力的性質(zhì)如何，在吸附質(zhì)與吸附劑充分接觸后，終將達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，被吸附的量達(dá)到

了最大值，即飽和。所謂動(dòng)態(tài)平衡是指吸附和解吸的分子數(shù)相等，處于平衡狀態(tài)，比時(shí)吸附劑

失去了吸附的能力。吸附和解吸事實(shí)上是同時(shí)進(jìn)行的。只不過(guò)未達(dá)飽和前吸附的量大于解吸的

量而己，可見(jiàn)，吸附與解吸是對(duì)立而統(tǒng)一的，在一定條件下可以相互轉(zhuǎn)化。掌握了這個(gè)轉(zhuǎn)化條

件就可以設(shè)法使吸附質(zhì)從吸附劑表面上解脫出來(lái)，達(dá)到吸附劑再生的目的。當(dāng)吸附達(dá)到飽和時(shí)，

使吸附質(zhì)從吸附劑表面脫圈，從而恢復(fù)吸附劑的使用能力的過(guò)程謂之解吸（或再生），與吸附

相反，解吸需要吸熱稱為“脫附熱”?！懊摳綗帷迸c“吸附熱”相等。

2.吸附劑

作為吸附劑應(yīng)該是多孔固體顆粒。它具有巨大的表面積。吸附劑的吸附能力要強(qiáng)，也就是

吸附容量大。吸附容量是指每千克吸附劑吸附被吸物質(zhì)的量。吸附劑應(yīng)具備選擇性吸附特性，

才能應(yīng)用它進(jìn)行凈化或分離。此外，吸附劑應(yīng)該有一定的機(jī)械強(qiáng)度和化學(xué)穩(wěn)定性，容易解吸(或

再生)，而且易獲得價(jià)格低廉。

空氣分離常用的吸附劑有硅膠、鋁膠、分子篩。

2.1硅膠。

硅膠的分子式為SiO2?nH?O,是一種堅(jiān)硬無(wú)定形鏈狀和網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的硅酸聚合物顆粒，為一

種親水性的極性吸附劑。能吸附大量的水分。當(dāng)硅膠吸附氣體中的水分時(shí)，可達(dá)具自身重量的

50%,而在相對(duì)濕度60%的空氣流中，吸濕量也可達(dá)其重量的24%。吸水后吸附熱很大，可使

硅膠溫升到100%,并使硅膠破碎。硅膠分為細(xì)孔硅膠和粗孔硅膠。

2.2活性氧化鋁。

它是氧化鋁的水化物AI2O3?nHz。?；钚匝趸X與硅膠不同，不僅含有無(wú)定形的凝膠，還

含有氫氧化物晶體形成的鋼性骨架結(jié)構(gòu)，因而很穩(wěn)定，它是無(wú)毒的堅(jiān)實(shí)顆粒，浸入水中也不會(huì)

軟化、溶脹或崩裂，耐磨抗沖擊。

2.3分子篩。

制氧機(jī)應(yīng)用的分子篩為沸石分子篩。它是結(jié)晶的硅、鋁酸鹽多水化合物。分子篩目前主要

有A型、Y型和X型三個(gè)類型，而每一類型分子篩按其陽(yáng)離子不同，其孔徑和性質(zhì)也有所不同,

常用的分子篩的型號(hào)的孔徑列舉如下：鉀A型(3A)分子篩鈉A型(4A)分子篩：鈣A型(5A)

分子篩：鈣X型(10X)分子篩：鈉X型(13X)分子篩：鈣Y型和鈉Y型分子篩。分子篩吸

附劑的吸附特點(diǎn)：

2.3.1選擇吸附。根據(jù)分子大小不同的選擇吸附：各種類型分子篩只能吸附小于其孔徑的分子。

根據(jù)分子極性不同的選擇吸附：對(duì)于大小相類似的分子，極性愈大則愈易被分子篩吸附。根據(jù)

分子不飽和性不同的選擇吸附：分子篩吸附不飽和物質(zhì)的量比飽和物質(zhì)為大，不飽和性愈大吸

附得愈多。根據(jù)分子沸點(diǎn)不同的選擇吸附：沸點(diǎn)愈低，越不易被吸附。

2.3.2干燥度很高。分子篩比其它吸附劑（硅膠、鋁膠）可獲得露點(diǎn)更低的干燥空氣，通?？?/p>

干燥到-70C以下。因此，分子篩也是極良好的干燥劑。既便氣體中的水蒸汽含量較低，分子

篩也具有較強(qiáng)的吸附力。分子篩對(duì)高溫、高速氣體，也具有良好的干燥能力。

2.3.3吸附能力。分子篩在吸附水的同時(shí)，還能吸附乙恢二氧化碳等其它氣體。水分首先被吸

附。吸附順序是H2O>C2H2>CO2對(duì)于碳、氫化合物的吸附順序?yàn)楸狄铱臁狄蚁┮彝椤导淄椤?/p>

2.3.4分子篩具有高的穩(wěn)定性，在溫度高達(dá)700℃時(shí)，仍具有不熔性的熱穩(wěn)定性。除了酸與強(qiáng)

堿外，對(duì)有機(jī)溶劑具有強(qiáng)的抵抗力。遇水不會(huì)潮解。

2.3.5有簡(jiǎn)單的加熱可使其再生。一般再生溫度為200~320℃,脫除燃需100C,脫除H2O需

300C,再生溫度愈高再生越完善，吸附器工作性能愈好，但分子篩壽命會(huì)縮短。隨再生次數(shù)

的增加，吸附容量要降低，例如經(jīng)200次再生后的分子篩，其吸附容量下降30%,但此后一直

可俁持到再生2000次。

分子篩在分離與凈化氣體方面有很大的應(yīng)用價(jià)值，不但能高效地進(jìn)行凈化和分離，同時(shí)也

能將吸附物質(zhì)回收，得到高純度的氣體。近年來(lái)分子篩在空分裝置上得到了廣泛地應(yīng)用。

3.吸附的機(jī)理

3.1吸附質(zhì)的擴(kuò)散

吸附的發(fā)生，可分為兩個(gè)階段。第一階段為外擴(kuò)散，即吸附質(zhì)從氣體主流通過(guò)吸附劑顆粒

周圍的氣膜到顆粒表面，而后發(fā)生吸附，稱作外表面吸附。第二階段為內(nèi)擴(kuò)散，即吸附質(zhì)分子

從顆粒外表面未被吸附而進(jìn)入顆粒內(nèi)部，被內(nèi)表面吸附。而內(nèi)擴(kuò)散還分為表面擴(kuò)散和孔擴(kuò)散。

表面擴(kuò)散是吸附質(zhì)分子沿著粒內(nèi)的孔壁向深處擴(kuò)散；孔擴(kuò)散是分子向其它孔中擴(kuò)散。分子吸附

過(guò)程按順序進(jìn)行，先外擴(kuò)散再內(nèi)擴(kuò)散而后吸附，脫附（或再生）時(shí)逆向進(jìn)行。吸附是一個(gè)傳質(zhì)

過(guò)程，傳質(zhì)能力的大小與擴(kuò)散系數(shù)高、低密切相關(guān)。

3.2吸附平衡與靜吸附容量

吸附現(xiàn)象的產(chǎn)生是由于吸附質(zhì)分子擴(kuò)散到吸附劑的表面，在表面力的作用下而在表面上積

聚。但吸附質(zhì)的分子因其本身的熱運(yùn)動(dòng)以及外界氣體分子的碰撞有可能又脫離了固體表面返回

氣佃之中。吸附發(fā)生的初期被吸附的分子數(shù)較多，隨著吸附時(shí)間的延續(xù)逐漸增加，到某一時(shí)刻

時(shí)，被吸附的分子數(shù)不再增加，也就是吸附表面被覆蓋，吸附劑喪失了吸附能力，可稱為吸附

達(dá)到飽和或吸附平衡。所謂平衡，只是宏觀上失去了吸附作用，其實(shí)是動(dòng)態(tài)平衡，微觀上吸附

仍在進(jìn)行，只是被吸附的分子數(shù)與脫附的分子數(shù)相等而已。此時(shí)的吸附劑所吸附的吸附質(zhì)的量

為靜吸附容量。

在吸附劑及吸附質(zhì)一定的情況下，靜吸附容量與溫度、壓力或濃度有關(guān)。溫度降低靜吸附

容量增加；壓力升高，靜吸附容量增加。

3.3吸附過(guò)程與動(dòng)吸附容量

在固定床吸附器中，氣體（或液體）通過(guò)吸附劑層時(shí)，不是所有吸附劑同時(shí)發(fā)生吸附作用

而是首先在氣體進(jìn)口處一薄層內(nèi)發(fā)生吸附作用，這一薄層叫做吸附帶或傳質(zhì)區(qū)。隨著吸附時(shí)間

的推移，吸附帶向出口方向移動(dòng)，一旦吸附帶的前沿達(dá)到了吸附器的出口，流出的氣體中的吸

附質(zhì)含量將迅速增加，很快就與氣體的初始濃度相同，這一點(diǎn)就是“轉(zhuǎn)效點(diǎn)”。相應(yīng)從吸附開(kāi)

始直至轉(zhuǎn)效點(diǎn)的時(shí)間為吸附器的工作時(shí)間或轉(zhuǎn)效時(shí)間。在轉(zhuǎn)效時(shí)間內(nèi)吸附劑對(duì)吸附質(zhì)的平均吸

附量為動(dòng)吸附容量。

吸附劑的吸附能力可以由物吸附容量和動(dòng)吸附容量來(lái)表示。靜吸附容量實(shí)質(zhì)是在吸附達(dá)到

平衡時(shí)的最大吸附量。而動(dòng)吸附容量則與吸附帶長(zhǎng)度及移動(dòng)速度有關(guān)。顯而易見(jiàn)它受氣流速度

的直接影響。換言之，氣體的流動(dòng)不可能有足夠長(zhǎng)的時(shí)間使吸附劑所有表面都達(dá)到吸附平衡，

也就是動(dòng)吸附容量永遠(yuǎn)小于靜吸附容量。通常為靜吸附容量的40?60%。靜吸附容量一般用來(lái)

表示吸附劑的性能。設(shè)計(jì)吸附器時(shí)，當(dāng)然要以動(dòng)吸附容量為依據(jù)。操作中，掌握轉(zhuǎn)效時(shí)間是很

重要的，它意味著吸附劑的失效，即吸附器的最長(zhǎng)工作時(shí)間。

影響動(dòng)吸附容量的因素：

1）溫度：正如前述靜吸附容量隨溫度的升高而降低，所以動(dòng)吸附容量也同樣隨溫度的升

高而下降。這是因?yàn)椋绞欠艧徇^(guò)程，溫度升高吸附質(zhì)的分子熱運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)，從吸附表面脫離

返回氣體中的分子數(shù)增加之結(jié)果。

2）壓力：壓力高其吸附質(zhì)的分壓力也高即濃度提高，單位時(shí)間內(nèi)碰撞吸附劑表面的分子

數(shù)增加，因而被吸附的幾率增加。所以壓力升高靜、動(dòng)吸附容量都增加。值得注意的是，一旦

達(dá)到吸附質(zhì)的飽和狀態(tài)，隨著玉力的再提高，單位體積內(nèi)吸附質(zhì)的含量已經(jīng)不再變化，這時(shí)吸

附容量已與壓力無(wú)關(guān)了。

3）流體的流速：流體的流速高，吸附質(zhì)在吸附床層內(nèi)停留時(shí)間過(guò)短，吸附效果差，傳質(zhì)

區(qū)增長(zhǎng)，動(dòng)吸附容量小。但流速過(guò)低，凈化設(shè)備單位時(shí)間內(nèi)處理的氣量少。從吸附機(jī)理方面看,

流體的極限流速是吸附速率。也可以說(shuō)，最短的停留時(shí)間應(yīng)該是吸附時(shí)間。所謂吸附速率是完

成外擴(kuò)散、內(nèi)擴(kuò)散及吸附的全過(guò)程的速度。對(duì)于物理吸附其吸附速率主要取決于擴(kuò)散階段的速

度，而已達(dá)到表面發(fā)生吸附階段只在瞬間完成。誠(chéng)然，假若流體流速高于吸附速率，即停留時(shí)

間短于吸附時(shí)間，吸附就不會(huì)發(fā)生，其吸附容量為零。只有在流體流速小于吸附速率的前提下,

才具有流速越低吸附容量越大的規(guī)律。

4）吸附劑的再生完善程度：吸附劑的解吸（或再生）越徹底，吸附過(guò)程中的吸附容量越

大。解吸是吸附的反過(guò)程，所謂解吸，即采用一定的方法將積聚在吸附劑表面的吸附質(zhì)分子趕

走，恢復(fù)吸附劑的吸附能力。當(dāng)再生溫度高，壓力低以及解吸氣體中吸附質(zhì)的含量越小，吸附

劑的再生越完善。

需要指出的是，吸附劑經(jīng)過(guò)多次反復(fù)地再生，吸附容量會(huì)有所減少，吸附性能有一定的衰

減。這是由于吸附劑表面被碳、聚合物等所覆蓋，或者吸附劑微孔結(jié)晶個(gè)別地方被破壞。設(shè)計(jì)

吸附器時(shí)，應(yīng)予以考慮，留有余量。

5）吸附劑床層高度：在吸附劑的量一定的情況下，吸附器的高度有一最小值。這最低床層高

度就是吸附帶長(zhǎng)度。當(dāng)吸附床層高度低于吸附帶長(zhǎng)度時(shí)，吸附器剛一接通，就發(fā)生轉(zhuǎn)效。吸附

劑的吸附容量很小或?yàn)榱?。如果吸附器的截面縮小，高度增加，這對(duì)提高吸附容量是有利的。

但是隨之氣體流速增加，阻力加大，吸附壁效應(yīng)影響大。一旦流速過(guò)快，氣體的停留時(shí)間小于

吸附時(shí)間吸附容量會(huì)下降為零。雖然，早期吸附器的設(shè)戶認(rèn)為有最佳高徑比（h/D）,中壓

流程純化器推薦為3~5,但對(duì)全低壓純化器并不適用。無(wú)論何種吸附器保證吸附床層有足夠的

高度還是十分必要的。

4.吸附劑的解吸方法

如前述吸附劑達(dá)到轉(zhuǎn)效時(shí)，需要解吸。解吸的方法概括起來(lái)有四種：

1）加熱法。用加熱氣體使吸附劑升溫，供給吸附質(zhì)分子能量，使之脫附。這是利用吸附容量

隨溫度升高而減少的原理而實(shí)現(xiàn)解吸的。

2）減壓法。在吸附進(jìn)行時(shí)操作壓力較高，解吸時(shí)為常壓或抽真空，以降低吸附質(zhì)的分壓，改

變條件破壞原有的吸附平衡，使吸附質(zhì)的分子脫附。這利用了隨吸附質(zhì)分壓力下降，吸附容量

減少的規(guī)律。

3）清洗法。向吸附劑床層通入不吸附或難吸附的氣體，以稀釋吸附質(zhì)的濃度，降低其分壓力

而達(dá)到解吸。

4）置換法。向吸附劑床層通入更易被吸附的氣體，借以置換已被吸附的吸附質(zhì)分子，使吸附

質(zhì)獲得解吸。

第三節(jié)空氣深冷液化的熱力學(xué)原理

空氣液化循環(huán)由一系列必要的熱力過(guò)程組成，制取冷量將空氣由氣態(tài)變成液態(tài)。

低溫循環(huán)的用途，從熱力學(xué)的觀點(diǎn)有下列幾種情況：

1）把物質(zhì)冷卻到預(yù)定的溫度，通常由常溫冷卻到所需的低溫；

2）在存在冷損的條件下，保持己冷卻到低溫的物質(zhì)的溫度，即從恒定的低溫物質(zhì)中不斷

吸取熱量；

3）為述兩種情況的綜合，即連續(xù)不斷地冷卻物質(zhì)到一定的低溫，并隨時(shí)補(bǔ)償冷損失，

維持所達(dá)到的低溫工況。

空氣液化循環(huán)屬于第三種情況，要將空氣連續(xù)不斷地冷卻到當(dāng)時(shí)壓力下的飽和溫度，又要

提供潛熱，補(bǔ)償冷損，維持液化工況。這首先要選擇制冷方法，而后組成行之有效的液化循環(huán),

這就是本節(jié)所討論的內(nèi)容。

一.獲得低溫液體的方法

要使空氣液化，需要從空氣中取出熱量使其冷卻，最后全部成為液體。我們知道，在0.98

Xl（）5pa大氣壓下，空氣液化溫度是-191.8C,從300K變?yōu)楦娠柡驼魵庑枞〕?22.79kJ/kg熱量,

再?gòu)母娠柡驼魵庾優(yōu)橐后w需取出168.45kJ/kg熱量（即潛熱），顯然，為使空氣液化首先要獲

得低溫3工業(yè)上空氣液化常用兩種方法獲得低溫，即空氣的節(jié)流和膨脹機(jī)的絕熱膨張制冷.

1.節(jié)流

具有一定壓力的空氣流過(guò)節(jié)流閥，由于通流截面的突然縮小，氣體激烈擾動(dòng)，壓力下降。

由于氣體經(jīng)閥門的時(shí)間很短，來(lái)不及和外界產(chǎn)生熱交換，所以q=0,氣體對(duì)外也沒(méi)有作功，Lo=0,

同時(shí)認(rèn)為在閥門前后，氣體流速是不變的，即W|=W2像這樣的流動(dòng)過(guò)程稱為節(jié)流。節(jié)流過(guò)程最

基本的特點(diǎn)是氣體在節(jié)流前后的焰值不變。

氣體節(jié)流過(guò)程是等焰過(guò)程，也就是節(jié)流前后氣體的總能量不變。節(jié)流只是內(nèi)能和推動(dòng)功之

間的轉(zhuǎn)化。而內(nèi)能乂包括內(nèi)位能及內(nèi)動(dòng)能，內(nèi)動(dòng)能的大小只與氣體溫度有關(guān)。節(jié)流后內(nèi)動(dòng)能降

低時(shí)節(jié)流后的溫度下降；內(nèi)動(dòng)能不變時(shí)節(jié)流后的溫度也不變；內(nèi)動(dòng)能增大時(shí)節(jié)流后的溫度升高。

內(nèi)動(dòng)能的變化只有確定了內(nèi)位能與流動(dòng)功變化關(guān)系后才能確定。氣體節(jié)流后的壓力總是降低

的，其比容增大，內(nèi)位能總是增大的。只有流動(dòng)功的變化可能變大也可能不變或變小。當(dāng)流動(dòng)

功的變化d(pU)20”時(shí)，氣體節(jié)流時(shí)溫度降低，此時(shí)氣體分子間呈吸引力，當(dāng)d(pU)<0

其絕對(duì)值大于內(nèi)位能的增加值時(shí)，氣體節(jié)流時(shí)溫度升高，此時(shí)氣體分子之間排斥力很大。對(duì)于

某種氣體而言，在節(jié)流時(shí)內(nèi)位能的增加正好等于流動(dòng)功的減少時(shí)，節(jié)流前后的溫度保持不變，

這一溫度叫做轉(zhuǎn)化溫度。只有在轉(zhuǎn)化溫度以下節(jié)流才能產(chǎn)生冷效應(yīng)。

空氣經(jīng)過(guò)節(jié)流，雖可降溫，但對(duì)外沒(méi)有熱交換(絕熱)，也沒(méi)有作功。因此，節(jié)流前后氣

體的總能量不變即等焰過(guò)程也就是節(jié)流過(guò)程本身不產(chǎn)生冷量。但是為了提供一定壓力的節(jié)流氣

體，需要先將氣體通過(guò)壓縮機(jī)等溫壓縮后再由節(jié)流閥節(jié)流，節(jié)流后的氣體再經(jīng)過(guò)換熱器去冷卻

被冷介質(zhì)，構(gòu)成壓縮、節(jié)流、換熱流程如圖

等溫節(jié)流流程圖

假設(shè)將0.98Xl()5pa,30C的空氣等溫壓縮至98Xl()5pa后節(jié)流。在焰一溫下圖中表示，空氣的

狀態(tài)由點(diǎn)1變化到點(diǎn)2,再節(jié)流到0.98Xl()5pa,此時(shí)溫度降到12℃,即圖中點(diǎn)3。在熱交換器中,

低溫的空氣吸熱，使本身溫度從12C-再升到30C-即由點(diǎn)3再恢復(fù)到點(diǎn)1,空氣此時(shí)所吸收的熱

量稱為等溫節(jié)流制冷量

T

等溫節(jié)流循環(huán)示意圖

可見(jiàn)，節(jié)流效應(yīng)與節(jié)流前的壓力和溫度有關(guān)。節(jié)流前的溫度降低，節(jié)流效應(yīng)增大。節(jié)流前

的壓力增高，節(jié)流效應(yīng)變小。

綜上所述，等溫節(jié)流制冷時(shí)，氣體需經(jīng)歷等溫壓縮和節(jié)流膨脹兩過(guò)程才具有制冷量。這是

因?yàn)闅怏w在等溫壓縮時(shí)焰值降低，壓縮機(jī)的壓縮功和氣體的焰降都以同一熱量的形式傳給環(huán)境

介質(zhì)。在等溫壓縮過(guò)程中氣體三具備制冷能力。而節(jié)流膨脹只不過(guò)是一種降溫的方法，為氣體

在等溫壓縮時(shí)已具備的制冷內(nèi)因表現(xiàn)出來(lái)創(chuàng)造條件。

2.膨脹機(jī)的膨脹過(guò)程

氣體在膨脹機(jī)內(nèi)膨脹，并對(duì)外作功，是空分裝置制取冷量，獲得低溫的主要方法。膨脹機(jī)

分活塞式和透平式兩種，但從能量轉(zhuǎn)換的觀點(diǎn)來(lái)看，它們的作用是一樣的，都是氣體的壓力降

低，對(duì)外作功，使它本身的能量減少，獲得冷量，降低溫度。

膨脹機(jī)膨脹的降溫效果比節(jié)流耍好的多，這是由丁當(dāng)氣體經(jīng)過(guò)膨脹機(jī)膨脹時(shí)，除了與節(jié)流

一樣，由于體積膨脹要克服分子吸引力而消耗分子運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能，使氣體溫度降低外，氣體在膨

脹機(jī)中又對(duì)外作了功，這就要消耗氣體本身的能量，使分子的動(dòng)能進(jìn)一步減少，因比降溫更顯

著。實(shí)際上，由于氣體與氣體之間、氣體與機(jī)器壁面之間，及機(jī)器本身的摩擦要消耗一部分功,

摩擦產(chǎn)生的熱又傳給氣體，使膨脹后氣體的溫度及焙值略有增加，端也有增加。

節(jié)流膨脹與等端膨脹的比較：

（1）從降溫效果看，等嫡膨脹要比節(jié)流膨脹強(qiáng)烈得多。

（2）從結(jié)構(gòu)來(lái)看，節(jié)流閥結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單，操作也方便。而膨脹機(jī)是一套機(jī)組，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，操

作、維護(hù)要求高。

（3）從使用范圍來(lái)看，節(jié)流閥適用于氣體、液體。而膨脹機(jī)適用于氣體，要防止在膨脹機(jī)

膨脹過(guò)程中出現(xiàn)液體，否則膨脹機(jī)葉輪將加速磨損。

因此，空氣液化過(guò)程中節(jié)流膨脹與等燃膨脹這兩種降溫方法都使用，互相取長(zhǎng)補(bǔ)短。

二.空氣液化循環(huán)

空氣液化循環(huán)主要有三種類型：以節(jié)流為基礎(chǔ)的液化循環(huán)；以等烯膨脹與節(jié)流相結(jié)合的液

化循環(huán)；以等焰膨脹為主的液化循環(huán)。

一次節(jié)流膨脹循環(huán)，由德國(guó)的林德首先研究成功，故亦稱簡(jiǎn)單林德循環(huán)。

1.以節(jié)流為基礎(chǔ)的液化循環(huán)

節(jié)流的溫降很小，等溫節(jié)流的制冷量也很少，所以在室溫下通過(guò)節(jié)流膨脹不可能使空氣液化，

必須在接近液化溫度的低溫下節(jié)流才有可能液化。因此，以節(jié)流為基礎(chǔ)的液化循環(huán)，必須使空

氣預(yù)冷，常常采用逆流換熱器，回收冷量預(yù)冷空氣。循環(huán)流程的示意圖由圖1表示。這種循環(huán)

也稱作為簡(jiǎn)單林德循環(huán)。系統(tǒng)由壓縮機(jī)、逆流換熱器、節(jié)流閥及氣液分離器組成。圖2是簡(jiǎn)單

林第循環(huán)在T-S圖的示意圖。應(yīng)用簡(jiǎn)單林德循環(huán)液化空氣需要有一個(gè)啟動(dòng)過(guò)程，首先要經(jīng)過(guò)多

次節(jié)流，回收等溫節(jié)流制冷量預(yù)冷加工空氣，使節(jié)流前的溫度逐步降低，其制冷量也逐漸增加,

直至逼近液化溫度，產(chǎn)生液空。這一連串多次節(jié)流循環(huán)如圖3所示。

簡(jiǎn)單林德循環(huán)圖1

簡(jiǎn)單林德循環(huán)在T-S圖2

s

節(jié)流的啟動(dòng)過(guò)程圖3

為討論簡(jiǎn)單林德循環(huán)的性能指標(biāo)方便起見(jiàn)，首先將其分為理論簡(jiǎn)單林德循環(huán)及實(shí)際簡(jiǎn)單林德循

環(huán)。理論簡(jiǎn)單林德循環(huán)有兩個(gè)假設(shè)：

1）在逆流換熱器中冷量被完全回收，即熱端溫差為零；

2）無(wú)冷損失。

理論循環(huán)的制冷量qo為：

<10=-T=/?!-/?2式］

液化系數(shù)Z應(yīng)為：

hI-h?

7-------

h、-h。式2

這里還需要指出，冷量qo并不是節(jié)流過(guò)程產(chǎn)生的。它是壓縮機(jī)等溫壓縮時(shí)，冷卻水帶走的

熱量比空壓機(jī)輸入的壓縮功多-，hT而具有產(chǎn)生冷量的內(nèi)因。該冷量借助于逆流換熱器和節(jié)流

閥表現(xiàn)出來(lái)。

液化循環(huán)總是謀求通過(guò)一個(gè)循環(huán)獲得比較多的冷量及比較大的液化系數(shù)。式1與式2,當(dāng)

初始狀態(tài)印、P2給定時(shí)，E及ho均為定值，顯然，降低h2才能得到較多的制冷量及較大的液化系

數(shù)。

液化系數(shù)的最大值所對(duì)應(yīng)的節(jié)流前的最高壓力，可由氣體的T-S圖求得。當(dāng)T產(chǎn)T2一定時(shí)，

通過(guò)等溫線與轉(zhuǎn)化曲線交點(diǎn)的壓力即為Z最大值所對(duì)應(yīng)的最高壓力。

實(shí)際林德循環(huán)存在著許多不可逆損失，主要有：

1）壓縮機(jī)組（包括壓縮和水冷卻過(guò)程）中的不可逆性，引起的能量損失；

2）逆流換熱器中存在溫差即換熱不完善損失；

3）周圍介質(zhì)傳入的熱量即跑冷損失。

綜上所述

1）當(dāng)pi、Ti一定時(shí)，提高P2到一定程度，可以顯著提高簡(jiǎn)單林德循環(huán)的經(jīng)濟(jì)性，因此通常節(jié)流

前的壓力選擇在20Mpa；

2）為了降低換熱器前的熱端溫度，可以采用預(yù)冷的方法，因而出現(xiàn)具有氨預(yù)冷的一次節(jié)流循

環(huán)；

3）適當(dāng)縮小壓力比，能夠提高經(jīng)濟(jì)性。為了節(jié)省能量，盡量保持大的壓力差及小的壓力比。

壓力差較大所獲得的等溫節(jié)流制冷量就多，壓力比小，消耗的壓縮功就少。因而，可以得到較

大的制冷系數(shù)，在這樣的前提下，在簡(jiǎn)單林德循環(huán)的基礎(chǔ)又出現(xiàn)了具有二次節(jié)流的循環(huán)。

2.以等燔膨脹與節(jié)流為基礎(chǔ)的循環(huán)

林德循環(huán)是以節(jié)流膨脹為基礎(chǔ)的液化循環(huán)，其溫降小，制冷量少，液化系數(shù)及制冷系數(shù)都

很低，而且節(jié)流過(guò)程的不可逆損失很大并無(wú)法回收。采用等烯膨脹，氣體工質(zhì)對(duì)外作功，能夠

有效地提高循環(huán)的經(jīng)濟(jì)性。

1902年，克勞特提出了膨脹機(jī)膨脹與節(jié)流相結(jié)合的液化循環(huán)稱之為克勞特循環(huán)，其流程及

在T—S圖中的表示見(jiàn)克勞特循環(huán)圖1,

空氣由1點(diǎn)（Tl、P1）被壓縮機(jī)I等溫壓縮至2點(diǎn)（P2、T1）經(jīng)換熱器n冷卻至點(diǎn)3后分

為兩部分，其中MKg進(jìn)入換熱器n、山繼續(xù)被冷卻至點(diǎn)5,再由節(jié)流閥節(jié)流至大氣壓（點(diǎn)6）,

這時(shí)ZKg氣體變?yōu)橐后w。（M—Z）Kg的氣體成為飽和蒸氣返回。當(dāng)加工空氣為IKg時(shí)，另一

部分（1-M）Kg氣體，進(jìn)入膨脹機(jī)膨脹至點(diǎn)4,膨脹后的氣體在換熱器III熱端與節(jié)流后返回

的飽和空氣相匯合，返回?fù)Q熱器n”預(yù)冷卻MKg壓力為P2的高壓空氣，再逆向流過(guò)換熱器n,冷

卻等溫壓縮后的正流高壓空氣。

與分析簡(jiǎn)單林德循環(huán)相同，克勞特循環(huán)的性能指標(biāo)可根據(jù)系統(tǒng)熱平衡式計(jì)算。取ABCD為系統(tǒng)

在穩(wěn)定工況下:

b

克勞特循環(huán)圖1

a—克勞特循環(huán)流程；b—克勞特循環(huán)在T—S圖上表示

絕熱效率是衡量膨脹機(jī)的實(shí)際膨脹偏離理論等焙膨脹程度的度量，將在后面膨脹機(jī)的章節(jié)

詳細(xì)討論。

與簡(jiǎn)單林德循環(huán)相比較，克勞特循環(huán)的制冷量和液化系數(shù)都大，這是由于（1--M）工質(zhì)在

膨脹機(jī)中作功向多制取冷量的結(jié)果。

影響該循環(huán)制冷量及液化系數(shù)的因素主要有：膨脹機(jī)中的膨脹空氣量的多少；膨脹機(jī)機(jī)前

壓力P2；進(jìn)膨脹機(jī)的溫度T3以及膨脹機(jī)效率。下面逐一分析各因素的影響：

1）當(dāng)膨脹前的壓力和溫度一定，增大進(jìn)膨脹機(jī)的氣量，會(huì)提高制冷量及液化系數(shù)。但并非

越大越好。氣體去膨脹機(jī)量大了，去節(jié)流閥的氣體量就少了，膨脹機(jī)的制冷量就有可能不能全

部傳遞給正流氣體，也就是說(shuō)換熱器n的工作有可能不正常。所以最佳的膨脹量（1--M）的確

定要兼顧兩個(gè)條件，既要滿足循環(huán)系統(tǒng)的熱平衡，又要俁證換熱器n的正常工作。

2）膨脹量及機(jī)前溫度一定，膨脹前的壓力P2與膨脹量的選取相同，是既要滿足循環(huán)的熱平

衡而乂保證換熱器n的正常工作的條件。從空氣的T--S圖可知，壓力升高等溫節(jié)流制冷量及等

焙膨脹的制冷量都大，所以Z實(shí)際、qO實(shí)際都會(huì)提高。但節(jié)流空氣量M未變，這時(shí)它有可能無(wú)

法帶走全部冷量，而不能正常。此外，P2還受到膨脹機(jī)后不能出現(xiàn)液體的限制，因而克勞特循

環(huán)具有最佳的P2值。

3）膨脹機(jī)進(jìn)口溫度T3的確定，隨著此溫度的提高，等燧燧降增大，循環(huán)制冷量及液化系數(shù)

都增大。由于膨脹前溫度的提高，膨脹后的溫度也隨之提高，這會(huì)直接影響換熱器口的工作和

節(jié)流前溫度的提高，減少液化量。

綜上所述，在確定克勞特循環(huán)最佳參數(shù)時(shí)，不能僅僅以循環(huán)系統(tǒng)的平衡方面考慮，而必須

考慮其膨脹量與節(jié)流氣量的分配，也就是使換熱器傳熱工況盡可能的完善，這樣才能提高循環(huán)

的經(jīng)濟(jì)性。

從提高機(jī)前溫度T3可以增加膨脹機(jī)制冷量，而且對(duì)膨脹機(jī)的操作有利出發(fā)，海蘭德提出了

具有膨脹機(jī)之高溫高壓循環(huán)，稱之為海蘭德循環(huán)。此循仄將氣體等溫壓縮后約20MPa的常溫

氣體分兩部分，MKg氣體去節(jié)流，（1—M）Kg氣體進(jìn)入膨脹機(jī)膨脹

第四節(jié)氧氣的性質(zhì)

氧是地球上分布最廣泛的化學(xué)元素之一?？諝庵芯秃屑s五分之一的氧（按體積）。氧氣

不但是工業(yè)生產(chǎn)所必須的氣體，也是地球上有生命的機(jī)體賴以生存的物質(zhì)。氧氣對(duì)于鋼鐵工業(yè)

主要是用來(lái)強(qiáng)化冶煉過(guò)程，例如：高爐富氧鼓風(fēng)煉鐵，純氧頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼等等。因此，對(duì)于氧

的性質(zhì)必須有所了解。

氧在常溫及大氣壓力下，為無(wú)色透明、無(wú)臭、無(wú)味的氣體，比空氣略重。液態(tài)氧是天藍(lán)色

透明而易于流動(dòng)的液體。由于液氧溫度很低，與人體接觸時(shí)易引起凍傷，這是操作制氧機(jī)時(shí)必

須注意的安全問(wèn)題。當(dāng)液氧冷卻至-218C時(shí)，它就成為藍(lán)色的固態(tài)結(jié)晶。

氧的化學(xué)性質(zhì)很活潑，它非常容易與其他物質(zhì)化合生成化合物，這樣的化學(xué)過(guò)程稱為氧化

反應(yīng)。如果氧化反應(yīng)是在純氧中進(jìn)行，這種過(guò)程就進(jìn)行的非常劇烈，同時(shí)放出大量的熱。用氧

氣強(qiáng)化鋼鐵冶煉過(guò)程就是利用這個(gè)道理。在純氧頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼時(shí)，吹入高純度氧氣

（98.5-99.6%）,氧便和碳以及磷、硫、硅等起氧化反應(yīng)，這不但降低了鋼的含碳量，清除磷、

硫、硅等雜質(zhì)，而且氧化過(guò)程中所產(chǎn)生的熱量足以維持煉鋼過(guò)程中所需要的溫度，因而縮短了

冶煉時(shí)間，提高了鋼的質(zhì)量。氧還可助燃。它與可燃性氣體（氫、乙烘、甲烷等）按一定比例

混合后易于爆炸。在火箭技術(shù)中液氧可作為氧化劑。液氧還可作炸藥，所以它是一種重要的國(guó)

防物品。各種油脂與壓縮的氧氣接觸時(shí)，可發(fā)生自燃現(xiàn)象。被氧飽和的衣服及其他紡織品與火

種接觸時(shí)立即著火，所以制氧車間要嚴(yán)禁煙火。氧還具有一種非常奇特的性質(zhì)，就是感磁性。

也就是說(shuō)，氧分子在磁鐵的作用下可帶磁性，并可被磁極所吸引。根據(jù)氧的這種特性制作氧的

磁性分析儀，以分析氧的純度。由于氧在工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)發(fā)展中有重要用途，因此人類早

已用不同方法制取氧氣。工業(yè)上制氧的方法有：化學(xué)法、電解法、吸附法和深冷法c其中深冷

法最經(jīng)濟(jì)，又能大量制取氧氣，因而成為目前工業(yè)上制取氧氣的主要方法。

深冷法制氧是以自然界中取之不盡、用之不竭的空穹為原料，使其在低溫下液化精餛，分

離為氧氣和氮?dú)狻？諝夥蛛x裝置（通稱制氧機(jī)）就是利用深冷法分離空氣以制取氧氣和氮?dú)獾?/p>

一種機(jī)械。低溫液化精微法的實(shí)質(zhì)就是利用氧、氮沸點(diǎn)不同把空氣分離為氧氣和氮?dú)?。所以?/p>

熟悉制氧機(jī)的操作原理，就必須了解空氣低溫液化精像原理，這一節(jié)就是介紹這方面的內(nèi)容。

第二章空分設(shè)備工藝流程

第一節(jié)空氣分離設(shè)備術(shù)語(yǔ)

在學(xué)習(xí)空分設(shè)備基本知識(shí)之前，我們先來(lái)了解空分設(shè)備上使用的一些術(shù)語(yǔ)。

一、空氣分離設(shè)備基本術(shù)語(yǔ)

1、空氣

存在于地球表面的氣體混合物。接近于地面的空氣在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的密度為1.2gkg/nf。主

要成分是氧、氮和僦；以體積含量計(jì)，氧約占20.95%,氮約占78.09%,僦約占0.932%,此外

還含有微量的氫及敏、氮、氮、綱等稀有氣體。根據(jù)地區(qū)條件不同，還含有不定量的二氧化碳、

水蒸氣及乙快等碳?xì)浠衔铩?/p>

2、加工空氣

指用來(lái)分離氣體和制取液體的原料氣。

3、氧氣

分子式分子量31.9988（按1979年國(guó)際原子量），無(wú)色、無(wú)臭的氣體。在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下

的密度為L(zhǎng)429kg/m3,熔點(diǎn)為54.75K,在101.325kPa壓力下的沸點(diǎn)為90.17K?；瘜W(xué)性質(zhì)極活

潑，是強(qiáng)氧化劑。不能燃燒，能助燃。

4、工業(yè)用工藝氧

用空氣分離設(shè)備制取的工業(yè)用工藝氧，其含氧量（體積比）一般小于98機(jī)

5、工業(yè)用氣態(tài)氧

用空氣分離設(shè)備制取的工業(yè)用氣態(tài)氧，其氧含量（體積比）大于或等于99.2%。

6、高純氧

用空氣分離設(shè)備制取的氧氣，其氧含量（體積比）大于或等于99.995%

7、氮?dú)?/p>

分子式用，分子量28.0134（按1979年國(guó)際原子量），尢色、尢臭、的惰性氣體。在標(biāo)準(zhǔn)

狀態(tài)下的密度為1.251k下泡,熔點(diǎn)為63.29K,在101.325k為威力下的沸點(diǎn)為77.35K?；瘜W(xué)性質(zhì)

不活潑，不能燃燒，是一種窒息性氣體。

8、工業(yè)用氣態(tài)氮

用空氣分離設(shè)備制取的工業(yè)用氣態(tài)氮，其氮含量（體積比）大于或等于98.5%。

9、純氮

用空氣分離設(shè)備制取的氮?dú)?，其氮含蓄量（體積比）大于或等于99.995%。

10、高純氮

用空氣分離設(shè)備制取的氮?dú)猓涞盍浚w積比）大于或等于99.9995%。

11、液氧（液態(tài)氧）

液體狀態(tài)的氧，為天藍(lán)色、透明、易流動(dòng)的液體。在101.325kPa壓力下的沸點(diǎn)為90.17K,

密度為IMOkg/m:可采用低溫法用空氣分離設(shè)備制取液態(tài)或用氣態(tài)氧加以液化。

12、液氮（液態(tài)氮）

液體狀態(tài)的氮，為透明、易流動(dòng)的液體。在10L325kPa壓力下的沸點(diǎn)為77.35K,密度為

81（kg/n?。可采用低溫法用空氣分離設(shè)備制取液態(tài)氮或用氣態(tài)氮加以液化。

13、液空（液態(tài)空氣）

液體狀態(tài)的空氣，為淺藍(lán)色、易流動(dòng)的液體。在101.325kPa壓力下的沸點(diǎn)為78.8K,密度

為873kg/m\液空是空氣分離過(guò)程中的中間產(chǎn)物。

14、富氧液空

指氧含量（體積比）超過(guò)的20.95%的液態(tài)空氣。

15、微分液氮（污液氮）

在下塔合適位置抽出的、氮含量（體積比）一般為95%?96%的液體。

16、污氮

由上塔上部抽出的、氮含量（體積比）一般為95%~96%的液態(tài)體。

17、標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)

指溫度為0°C、壓力為10L325kPa時(shí)的氣體狀態(tài)。

18、空氣分離

從空氣中分離其組分以制取氧、氮和提取版、笈、氯、氮、包等氣體的過(guò)程。

19、節(jié)流

流體通過(guò)銳孔膨脹血小作功來(lái)降低壓力。

20、節(jié)流效應(yīng)（焦耳一湯姆遜效應(yīng)）

氣體膨脹不作功產(chǎn)生的溫度變化。

21、膨脹：流體壓力降低，同時(shí)體積增加。

22、等端膨脹效應(yīng)：氣體在等嫡膨脹時(shí)，由于壓力變化產(chǎn)生的溫度變化。

23、空氣膨脹：空氣在膨脹機(jī)內(nèi)絕熱膨脹，同時(shí)對(duì)外作功的過(guò)程。

24、氮?dú)馀蛎洠旱獨(dú)庠谂蛎洐C(jī)內(nèi)絕熱膨脹，同時(shí)對(duì)外作功的過(guò)程。

25、一次節(jié)流的液化知循環(huán)（林德循環(huán)）

以高壓節(jié)流膨脹為基礎(chǔ)的氣體液化循環(huán)，其特點(diǎn)是循環(huán)氣體既被液化又起冷凍作用。

26、帶膨脹機(jī)的高壓液化循環(huán)（海蘭德循環(huán)）

對(duì)外作功的絕執(zhí)膨脹與節(jié)流膨脹配合使用的氣體液化循環(huán)，其特點(diǎn)是膨脹機(jī)進(jìn)口的氣體

狀態(tài)為局壓常溫。

27、帶膨脹機(jī)的中壓液化循環(huán)（克勞特循環(huán)）

對(duì)外作功的絕執(zhí)膨脹與節(jié)流膨脹配合使用的氣體液化循環(huán)，其特點(diǎn)是膨脹機(jī)進(jìn)口的氣體狀

態(tài)為中壓低溫。

28、帶膨脹機(jī)的低壓液化循環(huán)（卡皮查循環(huán)）

對(duì)外作功的絕熱膨脹與節(jié)流膨脹配合使用的氣體液化循環(huán)，其特點(diǎn)是膨脹機(jī)進(jìn)口的氣體狀

態(tài)為低壓低溫。

29、斯特林循環(huán)：由兩個(gè)等溫過(guò)程和兩個(gè)等容過(guò)程組成的理論熱力循環(huán)。

整個(gè)循環(huán)通過(guò)等溫壓縮、等容冷卻、等溫膨脹、等容加熱等四個(gè)過(guò)程來(lái)完成。

30、升華：從固相直接轉(zhuǎn)變?yōu)槠嗟南嘧冞^(guò)程。

31、溫差：指冷熱流體兩表面或兩環(huán)境之間有熱量傳遞時(shí)的溫度差別。

32、熱端溫差：指冷熱流體間在換熱器熱端的溫度差。

33、中部溫差：指冷熱流體間在換熱器中部的溫度差。

34、冷端溫差：指冷熱流體間在換熱器冷端的溫度差。

35、液氧循環(huán)量

由冷凝蒸發(fā)器底部抽出部分液氧流經(jīng)吸附器，在清除這部分液氧中的碳?xì)浠衔锖笤倩厝?/p>

冷凝蒸發(fā)器的液氧量。

36、入上塔膨脹空氣（拉赫曼空氣）

由下塔底部抽出部分空氣、經(jīng)切換式換熱港冷段復(fù)熱，進(jìn)入透平膨脹機(jī)構(gòu)熱膨脹后直接送

入上塔參加精帽的空氣。

37液汽比（回流比）：在精微塔中下流液體量與上升蒸汽量之比。

38液泛：在精儲(chǔ)塔中上升蒸汽速度過(guò)高，阻止了液體正常往下溢流的工況。

39、漏液：在篩孔板精儲(chǔ)塔中因上升蒸汽速度過(guò)低，使液體從篩孔泄漏的工況。

40、變壓吸附

利用壓力效應(yīng)的吸附工藝在吸附一再生操作周期中，較高壓力下吸附，較低壓力下（或負(fù)

壓）下再生的過(guò)程。

41、跑冷損失

在低于環(huán)境溫度下工作的設(shè)備與周闈介質(zhì)存在的溫差所產(chǎn)生的冷量損失。

42、復(fù)熱不足損失

在換熱器熱端冷熱流體間存在的溫差而導(dǎo)致冷量回收不完全的損失。

43、冷量損失

指空氣分離設(shè)備的冷箱由于跑冷損失和復(fù)熱不足損失的冷量損失。

44、提取率：產(chǎn)品氣體組分的總含量與加工空氣中該組分的總含量之比。

45、單位能耗：指空氣分離設(shè)備生產(chǎn)單位產(chǎn)品氣體所消耗的電能。

46、低壓流程：正常操作壓力大于至小于或等于l.OMPa的工藝流程。

47、中壓流程：正常操作壓力大于l.OMPa至小于或等于5.OMPa的工藝流程。

48、高壓流程：正常操作壓力大于的5.OMPa工藝流程

49、高低壓流程：高壓流程與低壓流程相結(jié)合的流程。

50、帶分子篩吸附器低壓流程

采用分子篩吸附器來(lái)清除空氣中水分和二氧化碳及碳?xì)浠衔锏牡蛪毫鞒獭?/p>

51、空氣分離設(shè)備

以空氣為原料，用低溫技術(shù)把空氣分離成氧氮氧及其他稀有氣體的成套設(shè)備。

52、大型空氣分離設(shè)備

指生產(chǎn)氧氣產(chǎn)量大于或等于10000n?/h（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)）的成套空氣分離設(shè)備。

53、中型空氣分離設(shè)備

指生產(chǎn)氧氣產(chǎn)量大于或等于1000m3/h至小于10000m7h（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)）的成套空氣分離設(shè)備。

54、小型空氣分離設(shè)備

指生產(chǎn)氧氣產(chǎn)量小于100Cm7h（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)）的成套空氣分離設(shè)備

二、稀有氣體提取基本術(shù)語(yǔ)

1、稀有氣體提取設(shè)備

用以提取純氮、純嵐、純氮、純氮、純債等氣體產(chǎn)品的設(shè)備。一般需與空氣分離設(shè)備配用。

2、稀有氣體

指氮、就、氨、氮、包五種氣體。無(wú)色，無(wú)臭的氣體。空氣中的體積含量為0.932虬在標(biāo)

準(zhǔn)狀態(tài)下的密度為1.874kg/m\熔點(diǎn)為84K,在101.325kPa壓力下的沸點(diǎn)為87.291K。不活潑,

不能燃燒，也不助燃。主要用于金屬焊接、冶煉等。

2.3氧氣分子式Ar,原子量39.948（按1983年國(guó)際原子量），是一種無(wú)色、無(wú)臭的氣體。

空氣中的體積含量為0.932%o在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的密度為1.784kg/n?,熔點(diǎn)為84K。在101.325壓

力下的沸點(diǎn)為87.291K。不活潑，不能燃燒，也不能助燃。主要用于焊接、冶煉等。

4、純氮：用空氣分離設(shè)備提取的純氫，其氮含量（體積比）大于或等于99.99%。

5、液氫：液體狀態(tài)的氮，是一種無(wú)色、無(wú)臭、呈透明的液體。

6、強(qiáng)氣

分子式Ne,原子量20.179（按1983年國(guó)際原子量），是一種無(wú)色、無(wú)臭的氣體。空氣中

的體積含量為1.8X10^0在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的密度為0.8713kg/n?,熔點(diǎn)為24.57K。在101.325kPa

壓力下的沸點(diǎn)為27.09K。不活潑，不能燃燒，也不助燃。主要應(yīng)用于照明技術(shù)等。

7、純負(fù)：用空氣分離設(shè)備提取的純翅，其敏含量［體積比）大于或等于99.99機(jī)

8、液翅：液體狀態(tài)的敏陽(yáng)一種無(wú)色、無(wú)臭呈透明的液體。液敏常用作低溫源。

9、氮?dú)?/p>

分子式He,原子量4.0026（按1983年國(guó)際原子量），是一種無(wú)色、無(wú)臭的氣體?？諝庵?/p>

3

的體積含為5.24X101%o在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的密度為0.1769kg/mo在101.325kPa壓力下的沸點(diǎn)為

4.215Ko不活潑，不能燃燒，也不助燃。主要用于檢漏、焊接、低溫研究、特種重金屬冶煉、

色譜分析載氣、潛水呼吸氣等。

10、純家：用空氣分離設(shè)備提取的純氮，其家含量（體積比）大于或等于99.99%。

11＞液氮

液體狀態(tài)的氮，為無(wú)色透明的液體，沸點(diǎn)最低，是一種最主要的低溫源。

12、氮?dú)?/p>

分子式Kr。原子量83.80（按1983年國(guó)際原子量）是一種尢色、尢臭的氣體?？諝庵械?/p>

體積含量為1.0X10'%。在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的密度為3.6431kg/m\熔點(diǎn)116.2K。在10L325kPa壓

力下的沸點(diǎn)為119.79K。不活潑，不能燃燒，也不助燃。主要用于電真空及電光源等工業(yè)。

13、純氮：用空氣分離設(shè)備提取的純氮，其氨含量（體積比）大于或等于99.95%。

14、猷氣

分子式Xe。原子量131.80（按1983年國(guó)際原子量）是一種無(wú)色、無(wú)臭的氣體，空氣中的

體積含量為8.0X10%。在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的密度為5.89kg/n?。熔點(diǎn)161.65K。在壓力下的沸點(diǎn)為

165.02Ko不活潑，不能燃燒，也不助燃。主要用于電光源工業(yè)，也用于醫(yī)療、電真空、激光

等領(lǐng)域。

15、純晁：用空氣分離設(shè)備提取的純氤，其值含量〔體積比）大于或等于99.95機(jī)

16、氧一分

從上塔合適部位提取一股氧、氟、氮混合氣作為融提取設(shè)備的原料氣體。具組分（體積含

量）氮為氮一般小于0.06%,其余為氧。

17、氧回流液

在粗筑塔中精播洗滌下來(lái)的氧、氮、氮混合液，其組分與氮馀分氣體成相平衡。

18、粗瓶

由粗氮塔塔頂獲得的氮含量（體積比）大于或等于96%,其余為氧和氮的混合氣體。

19、富氧液空蒸汽：由粗氨塔冷凝器蒸發(fā)側(cè)的富氧液空蒸發(fā)形成的蒸汽。

20、富氧液空回流液

為避免粗氨冷凝器蒸發(fā)側(cè)富氧液空中碳?xì)浠衔锏臐饪s，排放一部分富氧液空返回上塔。

21、笈氮偏分：從冷凝蒸發(fā)器頂部抽取的須、氫、氮混合氣體，作為笈氮提取設(shè)備的原料

氣。

22、粗嵐餡分

負(fù)氨鐳分經(jīng)粗敏氮塔分離而獲得負(fù)氨濃縮物。其息和氮的總含量（體積比）為301r50樂(lè)

其余為氮及少量氫的混合氣體。

23、筑家混合氣

經(jīng)除氫和氮后所獲得的翻氨混合氣體，其