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  空氣分離簡單說就是利用物理或者化學(xué)方法將將空氣混合物各組進(jìn)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。   

  深冷法（也稱低溫法）先將混合物空氣通過壓縮、膨脹和降溫，直至空氣液化，然后利用氧、氮汽化溫度（沸點）的不同（在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，氧的沸點為﹣１８３℃；氮的沸點為﹣１９６ ℃，沸點低的氮相對于氧要容易汽化這個特性，在精餾塔內(nèi)讓溫度較高的蒸氣與溫度較低的液體不斷相互接觸，低沸點組分氮較多的蒸發(fā)，高沸點組分氧較多的冷凝的原理，使上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(xiàn)氧、氮的分離。

  要將空氣液化，需將空氣冷卻到﹣１７３ ℃以下的溫度，這種制冷叫深度冷凍（深冷）；而利用沸點差將液態(tài)空氣分離為氧氣、氮氣、氬氣、氖氣、氙氣的過程稱之為精餾過程。深冷與精餾的組合是目前工業(yè)上應(yīng)用最廣泛的空氣分離方法；  

  氧氣、氮氣、氬氣、氖氣、氙氣和其他物質(zhì)一樣，具有氣、液和固三態(tài)。在常溫常壓下它們呈氣態(tài)。在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，氧氣被冷凝至－183℃，氮氣被冷凝至－196℃，氬氣被冷凝至－186℃即會變?yōu)橐簯B(tài)，氧氣和氮氣的沸點相差13 ℃，氬氣和氮氣的沸點相差10 ℃，空氣的分離就是充分利用其沸點的不同來將其進(jìn)行分離。

  空氣中除氧氣、氮氣和氬氣外，還有氖氣、氦氣、氪氣、氖氣、氙氣等稀有氣體，這些稀有氣體廣泛應(yīng)用在國防、科研及工業(yè)上，稀有氣體的提取也直接關(guān)系到空分裝置氧氣的提取率和生產(chǎn)運行能耗。

  壓縮空氣除去水分和二氧化碳等雜質(zhì)后，經(jīng)熱交換系統(tǒng)和增壓膨脹機(jī)制冷后進(jìn)入下塔，在塔板上氣體與液體接觸，由于氣、液之間溫度差的存在,在進(jìn)行傳熱和傳質(zhì)交換時,低沸點組分氮吸收熱量開始蒸發(fā),氮組分首先蒸發(fā)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(jìn)行到氣相和液相的溫度相等為止,也即氣、液處于平衡狀態(tài)。

  這時,液相由于蒸發(fā),使氮組分減少,同時由于氣相冷凝的氧也進(jìn)入液相,因此液相的氧濃度增加了,同樣氣相由于冷凝,使氧組分減少,同時由于液相的氮進(jìn)入氣相,因此氣相的氮濃度增加了。多次的重復(fù)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(jīng)過多次的蒸發(fā)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、污液氮和富氧液空，以節(jié)流閥減壓降溫后送至上塔作為上塔的回流液，進(jìn)一步實現(xiàn)精餾，最終在上塔頂部得到純氮氣，下部得到合格的液氧產(chǎn)品。  

  主冷凝蒸發(fā)器是連接上下塔實現(xiàn)精餾過程的紐帶，起到承上啟下的重要作用。根據(jù)壓力對應(yīng)液化溫度成正比的特性，在主冷凝蒸發(fā)器中通過液氧將壓力氮氣冷凝為液氮，為上下塔提供回流液建立精餾工況，同時主冷氧側(cè)的液氧被蒸發(fā)成氣氧，進(jìn)入上塔作為上升蒸氣，主冷凝蒸發(fā)器換熱工況的平衡直接關(guān)系到精餾工況的穩(wěn)定。

  空氣中的灰塵等固體微粒稱為機(jī)械雜質(zhì)。這些固體微粒如不清除，會使高速旋轉(zhuǎn)的空氣透平壓縮機(jī)和膨脹機(jī)的葉輪、導(dǎo)流器磨損加劇，如帶到換熱器中會污染換熱器表面，導(dǎo)致傳熱系數(shù)下降阻力增大。這些會影響空氣設(shè)備的正常運行。

  空氣中固體雜質(zhì)的含量一般為0.005～0.01克/立方米空氣。在冶金企業(yè)周圍，可高達(dá)0.05克/立方米空氣，灰塵粒度在0.15毫米以下，一般在空壓機(jī)吸風(fēng)口設(shè)置空氣過濾器來清除空氣中的固體雜質(zhì)。

  如前所述，深冷法分離空氣，首先要使空氣冷卻和液化。空氣的液化過程使一種能量的轉(zhuǎn)換的過程。空氣只要有足夠的壓力，才能通過膨脹機(jī)的節(jié)流效應(yīng)產(chǎn)生足夠的冷量，使它降到所需的溫度，并從氣態(tài)變成液態(tài)。

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