【正文】 一直處于交變載荷之中，易于疲勞破壞，同時(shí)換熱器的熱段易于進(jìn)水凍裂，還會(huì)加速對(duì)鋁制換熱器的腐蝕，因而板翅式切換式換熱器的使用壽命短。對(duì)于氮?dú)猱a(chǎn)量，因?yàn)榉肿雍Y切換周期很長(zhǎng)，精餾塔工況波動(dòng)小，且膨脹空氣量小，進(jìn)入上塔空氣量大為減少，參與一次精餾的加工空氣量增加，氮提取率提高。膨脹后換熱器的作用能夠降低膨脹后氣體的過(guò)熱度又保持膨脹量不變。過(guò)冷器的作用是使下塔來(lái)的液空、純液氮、污液氮和從上塔抽出的氧、氮、污氮?dú)鈸Q熱，使液體過(guò)冷。其中上塔的液氧和下塔氣氮換熱，液氧蒸發(fā)后一部分作為產(chǎn)品氣體引出，另一部分為上塔提供上升蒸汽，氣氮冷凝后為上下塔提供回流液。制氧流程中常見的換熱器有7種主換熱器其主要作用是使加工空氣與返流氧氣、氮?dú)夂臀鄣獡Q熱，使之冷卻到液化溫度，達(dá)到液化，進(jìn)入精餾塔下塔底作為原料。而產(chǎn)品純氧則由主塔和純氮塔的冷凝蒸發(fā)器上部引出。氧、氮比為1：1。 在組織精餾系統(tǒng)時(shí)，為了確保產(chǎn)品的純度可以采取以下幾種措施：圖110⑴正確地確定進(jìn)料口、抽口位置。但是膨脹量是在精餾塔所允許的拉赫曼進(jìn)氣量范圍以內(nèi)，這時(shí)膨脹量仍由環(huán)流和下塔旁通量?jī)刹糠纸M成。確切的允許進(jìn)塔的最大膨脹量的數(shù)值要根據(jù)制氧機(jī)的具體流程計(jì)算確定。氧、氮產(chǎn)品純度通常是用戶的要求。既然是精餾潛力的利用就有一定的限制。這些送入膨脹空氣稱為“入上塔膨脹空氣”，也叫拉赫曼氣。而高、低壓流程和中壓流程復(fù)雜，能耗高已被淘汰。從流程圖可以看出，此流程既沒(méi)有液化器也沒(méi)有吸附器，保冷箱內(nèi)的設(shè)備及管路大為簡(jiǎn)化。單機(jī)容量從20m/h發(fā)展至今世界上最大的制氧機(jī)為74000m3/h。 國(guó)產(chǎn)空氣分離設(shè)備的型號(hào)規(guī)定我國(guó)空分設(shè)備的型號(hào)由漢語(yǔ)拼音字母、化學(xué)元素符號(hào)以及阿拉伯?dāng)?shù)字所組成。3 啟動(dòng)時(shí)間。三 深冷分離法制氧工藝（1） 制氧的流程組織制氧流程主要由制冷系統(tǒng)和精餾系統(tǒng)組成。 當(dāng)氬氣濃度超過(guò)50%時(shí)，出現(xiàn)嚴(yán)重癥狀，濃度達(dá)到75%以上時(shí)，能在數(shù)分鐘內(nèi)死亡 熱力學(xué)第一定律：熱力系內(nèi)物質(zhì)的能量可以傳遞，其形式可以轉(zhuǎn)換，在轉(zhuǎn)換和傳遞過(guò)程中各種形式能源的總量保持不變。常溫下為氣體，在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，℃時(shí)，變成沒(méi)有顏色的液體，℃時(shí)，液態(tài)氮變成雪狀的固體。1mmHg=。二 熱力學(xué)基礎(chǔ)理論1 氣體的基本狀態(tài)參數(shù) 溫度:物質(zhì)的冷熱程度,從分子運(yùn)動(dòng)論觀點(diǎn)看,溫度是物質(zhì)分子熱運(yùn)動(dòng)平均動(dòng)能的度量,溫度越高,分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能就越大。可以用標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（atm），工程大氣壓（at），mmH2o和mmHg，b/in2等表示，現(xiàn)在一般采用國(guó)際單位Pa表示。氧分子具有順磁性。但是，如果工業(yè)使用后，產(chǎn)生的廢氣則對(duì)人體危害很大，會(huì)造成矽肺、眼部損壞等情況。 焓：氣體所具有的總能量即熱力學(xué)能與宏觀動(dòng)能之和。這代表制氧機(jī)的能耗大小，是制氧機(jī)重要的能耗指標(biāo)之一。制氧機(jī)在啟動(dòng)前或停車后需要加溫解凍所用的時(shí)間。表11從制氧機(jī)的能耗方面，從單耗大于2kw如我車間30000 m3/h制氧機(jī)： 該類型號(hào)為KDON30000型，空氣經(jīng)透平空壓機(jī)壓縮后，在氮水預(yù)冷系統(tǒng)的空冷塔中冷卻后進(jìn)入分子篩純化器凈除水分、二氧化碳、乙炔等碳?xì)浠衔?。此系統(tǒng)的作用產(chǎn)生冷量補(bǔ)償冷損，使加工空氣降溫、液化維持在精餾所需要的低溫，為空氣的精餾創(chuàng)造條件?？諝馀蛎浀牡牧鞒淌疽鈭D從下塔底部抽出部分加工空氣,一部分在切換式換熱器環(huán)流通道復(fù)熱后，再匯合進(jìn)入透平膨脹機(jī)膨脹產(chǎn)生冷量，然后直接送入上塔參加精餾。氮?dú)馀蛎浽趪?guó)外的大型全低壓空分裝置上已被采用。上塔精餾允許入塔的最大膨脹空氣量可以由上塔的物料平衡，能量平衡及物料參數(shù)求出。膨脹后氣體要保持過(guò)熱狀態(tài)。這時(shí)由于膨脹氣量已經(jīng)超過(guò)精餾塔所允許的最大拉赫曼進(jìn)氣量，所以，必須把部分膨脹空氣旁通入污氮管道，從而使進(jìn)入下塔的加工空氣量減少，制氧機(jī)總的氧提取率將相應(yīng)地降低。因其膨脹前壓力的提高，所以單位制冷量增加。⑵生產(chǎn)兩種高純度產(chǎn)品。⑶生產(chǎn)兩種純度產(chǎn)品，僅是純氮/～，也就是要求生產(chǎn)的純氮量比較少的場(chǎng)合，可設(shè)置純氮塔。為了提高分子篩對(duì)二氧化碳的吸附能力,壓縮空氣進(jìn)入分子篩純化器需要預(yù)冷到8～15℃。在換熱的同時(shí)將空氣中的水分、二氧化碳自清除。主冷溫差還直接影響精餾塔的壓力，決定了全低壓流程操作壓力?？諝忸A(yù)冷器空氣預(yù)冷器的作用是保證加工空氣進(jìn)切換式換熱器或分子篩純化器的工藝要求的溫度。增壓分子篩凈化具有十大優(yōu)點(diǎn)：提高產(chǎn)氣量為了保證切換式換熱器流程的水分及二氧化碳的自清除，不凍結(jié)性要求有足夠的返流污氮量，因而限制了純氮產(chǎn)品的量，通常氧氣量與純氮?dú)猱a(chǎn)量之比為1：。運(yùn)轉(zhuǎn)周期延長(zhǎng) 切換式換熱器流程，出切換式換熱器加工空氣中的二氧化碳含量為1～2106,運(yùn)轉(zhuǎn)周期為一年。雖然分子篩凈化流程增加了分子篩凈化系統(tǒng)和冷凍機(jī)組,但這些常溫設(shè)備易于安裝。在短期或較長(zhǎng)時(shí)間停車后，在冷態(tài)下再啟動(dòng)，也不必顧及乙炔的積聚威脅，也可以采用自動(dòng)控制操作。氣體在節(jié)流時(shí)，既無(wú)能量輸出，也無(wú)能量輸入，所以氣體節(jié)流前后的能量保持不變，即節(jié)流前后的焓值相等。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。所以為了獲得較大的溫降和單位制冷量，可采用增加膨脹比和提高膨脹前溫度的方法。透平膨脹機(jī)是利用工質(zhì)在流道中流動(dòng)時(shí)速度的變化來(lái)進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換，也稱為速度型膨脹機(jī)。 工作原理及基本方程工作原理透平膨脹機(jī)是一種高速旋轉(zhuǎn)的機(jī)械，它是利用工質(zhì)流動(dòng)時(shí)速度的變化來(lái)進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的，因此稱為速度型膨脹機(jī)。K）； T－氣體溫度，K。內(nèi)部損失又可分為流道損失和非流道損失。余速損失 現(xiàn)代透平膨脹機(jī)中，氣體多以較高的氣流速度排出葉輪后進(jìn)入擴(kuò)壓器，經(jīng)擴(kuò)壓器來(lái)進(jìn)一步降低介質(zhì)的速度（壓力和溫度升高），使其達(dá)到允許值。泄漏損失泄漏損失包括內(nèi)漏損失和外漏損失兩種。⑴ 風(fēng)機(jī)制動(dòng)即在工作輪同軸上裝有風(fēng)機(jī)輪，風(fēng)機(jī)輪吸入空氣，壓縮后放空。調(diào)節(jié)方法通常把改變膨脹氣體在進(jìn)出口處狀態(tài)參數(shù)的調(diào)節(jié)，稱為“質(zhì)”的調(diào)節(jié)；改變氣體流量的調(diào)節(jié)稱為“量”的調(diào)節(jié)。透平膨脹機(jī)本體圖 我單位6000、6500、20000m3/h制氧機(jī)，基本上都是臥置、單級(jí)、向心、徑－軸流反動(dòng)式膨脹機(jī)。軸承與轉(zhuǎn)軸之間的徑向間隙要適當(dāng)，過(guò)大使軸承旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生震動(dòng)，潤(rùn)滑油膜分布不均勻，間隙過(guò)小，會(huì)導(dǎo)致軸溫超過(guò)允許值。油過(guò)濾器采用微孔紙質(zhì)濾芯。動(dòng)作過(guò)程：當(dāng)流量過(guò)低或轉(zhuǎn)速過(guò)高達(dá)到聯(lián)鎖值時(shí)，被控制的電磁閥就會(huì)失電，切斷氣源，增壓機(jī)回流閥打開，降低膨脹機(jī)前壓力，此時(shí)膨脹機(jī)做功就會(huì)減少，相應(yīng)的膨脹機(jī)的轉(zhuǎn)速也會(huì)降低，從而達(dá)到保護(hù)膨脹機(jī)的目的。從而切斷氣路，停止膨脹機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。更嚴(yán)重的是，乙炔及其它碳?xì)浠衔镌诳辗盅b置中聚積導(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。過(guò)濾器的性能指標(biāo)主要是除塵效率、阻力及過(guò)濾器的容塵量。積聚在袋上的灰塵靠反吹風(fēng)機(jī)吹落。自潔式過(guò)濾器 自潔式過(guò)濾器是目前空分設(shè)備最普遍選用的過(guò)濾器。自帶前置過(guò)濾網(wǎng)，防止柳絮、樹葉及異物吸入，延長(zhǎng)過(guò)濾筒使用壽命。⑦ 防腐性能好，凈氣室采用優(yōu)質(zhì)涂層及不銹鋼內(nèi)襯，杜絕過(guò)濾后的二次污染。在一定的條件下，水蒸氣的含量有一定的限度，這個(gè)限度就是最大水分含量。相對(duì)濕度指每m3空氣中的含水量與相同溫度下飽和含水量之比。可以認(rèn)為，空氣中已不含水分。 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?！懊摳綗帷迸c“吸附熱”相等。空氣分離常用的吸附劑有硅膠、鋁膠、分子篩。nH2O）。13X分子篩是目前空分設(shè)備中唯一選用的一種吸附劑，凡可吸附于3A、4A、5A型分子篩上的分子，都能被13X分子篩吸附。（2）干燥度很高。吸附順序是H2O＞C2H2＞CO2，對(duì)于碳?xì)浠衔锏奈巾樞驗(yàn)镃4+＞C3H6＞C2H2（C2H4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。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。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)”。通常為靜吸附容量的40%～60%。（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。吸附劑吸附時(shí)所采用的流速通常為空塔速度，即不裝填吸附劑的內(nèi)筒體截面流速。這最低床層高度就是吸附帶長(zhǎng)度。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。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。通常容易小于6000m3/h的制氧機(jī)采用立式軸向流純化器。其氣流分配及保持床層平整的兩大困難更為突出。降壓是按壓力聯(lián)鎖PIS1201（PIS1202）實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)PIS1201（PIS1202）≤10Kpa時(shí)，打開再生氮?dú)膺M(jìn)、出口閥V121V1205(或V121V1206)。工作周期之末要高4～6℃（如工作溫度提高，溫差相應(yīng)增大）。因?yàn)榇藭r(shí)的熱量首先消耗在解吸所需的熱量上，將床層的中上部分子篩解吸，并將熱量貯存在床層中。因此，在冷吹階段主要是監(jiān)視出口的峰值溫度。充壓和泄壓的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)和過(guò)短都不利。向低溫系統(tǒng)送氣，或系統(tǒng)增加負(fù)荷（啟動(dòng)膨脹機(jī)、開啟節(jié)流閥）時(shí)，要緩慢進(jìn)行，防止系統(tǒng)壓力波動(dòng)。蒸氣壓力越升高，凝結(jié)回液相的蒸氣分子越增多。、氮混合物氣液相平衡圖 當(dāng)溶液達(dá)到氣液相平衡時(shí)，它們便具有確定不變的壓力、溫度及相應(yīng)的組份濃度。對(duì)于濃度一定的下塔液空（飽和液體）1點(diǎn)，節(jié)流到上塔后變成氣液并存的濕蒸氣，液體量大大減少。 部分蒸發(fā)和部分冷凝20406080091898785838179N2%圖59u在簡(jiǎn)單蒸發(fā)的基礎(chǔ)上，如果將蒸汽不斷抽掉，使蒸發(fā)不斷地從氧濃度較高的液體進(jìn) ，這種蒸發(fā)過(guò)程叫部分蒸發(fā)。精餾就是同時(shí)進(jìn)行的不斷的部分蒸發(fā)和部分冷凝過(guò)程，使低沸點(diǎn)組分蒸發(fā)到氣相，高沸點(diǎn)組冷凝到液相，最終實(shí)現(xiàn)兩種組分的分離。 精餾塔結(jié)構(gòu) 篩板塔結(jié)構(gòu) 精餾塔為一直立的園柱形筒，筒內(nèi)相間水平安裝著隔板，即塔板。當(dāng)氣體流速更小時(shí)，氣體只是以鏈狀氣泡的狀態(tài)穿過(guò)的部分，由于氣頂托不了液層的靜壓而使液體從塔板上泄漏下來(lái)。一般上夾帶是不超過(guò)10%是允許的，再大就會(huì)破壞精餾工況解決問(wèn)題的辦法就是選擇合適的塔板間距和適當(dāng)?shù)纳仙龤饬魉佟?，低溫液體在一層層。塔板正常工作時(shí)，塔板上的液面比出口堰要高一些，液體不是從篩孔上漏下而是越過(guò)出口堰流到溢流管。操作上要避免出現(xiàn)不均勻鼓泡工況。精餾塔板作成篩孔式或泡罩式。當(dāng)氧氣穿過(guò)氧氮組成的液體時(shí)，則氧要被冷凝，相應(yīng)液體中氮吸熱后被蒸發(fā)，氧釋放的冷凝潛熱和氮蒸發(fā)的汽化潛熱大約相等，因而蒸發(fā)的氮量，亦大約等于冷凝氧的量。再全抽掉氣體，蒸發(fā)從含氧44%（56%N2）的液體繼續(xù)進(jìn)行，這時(shí)要所汽化率， %. 如此反復(fù)進(jìn)行，當(dāng)83K時(shí)，雖然，%，%難度因此，這樣的方法只能提到極少的高純度液氧。圖8為簡(jiǎn)單蒸發(fā)在Txy圖上的示意。任取兩個(gè)狀態(tài)參數(shù)為縱橫當(dāng)作出的溶液狀態(tài)圖，就叫相平衡圖。氣相和液相的分子數(shù)量不再發(fā)生變化，容器中的液相與液面上的氣相建立了平衡，稱之為氣液相平衡。（5 ）空氣的精餾 空氣的精餾每種聚集態(tài)內(nèi)部均勻的部分，稱之為相。分子篩吸附器在運(yùn)行時(shí)，要定期監(jiān)視分子篩溫度曲線和出口二氧化碳的含量以判斷吸附器的工作是否正常。出現(xiàn)這種情況，加熱及冷吹到指定溫度往往需要更長(zhǎng)的時(shí)間，這就需要待有停機(jī)機(jī)會(huì)對(duì)床層進(jìn)行平整處理。主要是監(jiān)控污氮進(jìn)口溫度。 分子篩加熱再生溫度曲線首先要求對(duì)分子篩進(jìn)行加熱所需的再生氣壓力、流量達(dá)到工藝設(shè)計(jì)值。⑶ 吹冷打開FCV1201B，相應(yīng)地關(guān)閉FCV1201A,，使吹冷用污氮?dú)獠唤?jīng)過(guò)電加熱器而旁通進(jìn)入吸附器。被凈化的氣體再流過(guò)內(nèi)分布筒的小孔，進(jìn)入由內(nèi)分布筒及中心集氣管所組成的集流流道，從中心集氣管流出。每筒裝填13X分子篩6000kg，凈化空氣量為32000m3/h，入口溫度10℃，工作時(shí)間為240min，為保證分子篩床層厚度均勻，在床層上部設(shè)有耙平機(jī)構(gòu)，再生使用污氮?dú)?，氣量?000～11000m3/h。為了吸附器能夠連續(xù)地工作，在系統(tǒng)中吸附器常需要設(shè)置兩個(gè)或兩個(gè)以上，一個(gè)吸附器在進(jìn)行吸附，而另一個(gè)吸附器處于解吸操作之中。⑵減壓法。吸附劑的吸附容量很小或?yàn)榱恪＝馕俏降姆催^(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。從吸附機(jī)理方面看，流體的極限速度是吸附速率。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)間很重要，它意味著吸附劑的失效，即吸附器的最長(zhǎng)工作時(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)，吸附劑單位時(shí)間內(nèi)吸附的分子數(shù)逐漸減少，到某一時(shí)刻，被吸附的分子數(shù)不再變化，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。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。C3H8）＞C2H6＞CH4（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。因此，分子篩也是極良好的干燥劑。13X分子篩晶穴體積大，比表面積也大，其吸附容量高，擴(kuò)散也快。3 分子篩制氧機(jī)應(yīng)用的分子篩為沸石分子篩。nH2O，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。它具有巨大的表面積。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。 吸附法吸附法可以用來(lái)清除水分、二氧化碳、乙炔及其它碳?xì)浠衔?。因此，?duì)每kg空氣來(lái)說(shuō)隨著壓力的提高，每kg空氣中水分含量減少?？諝庵械淖畲笏趾浚ɑ蚪酗柡退趾浚┖蜏囟扔嘘P(guān)，隨著氣溫的升高最大水分含量增加，溫度降低，最大水分含量減小。⑧ 日常維護(hù)工作量小，約二年左右更換過(guò)濾筒，更換過(guò)濾筒不需停機(jī)。（4）自潔式過(guò)濾器具有以下優(yōu)點(diǎn)：① 過(guò)濾阻力小，小型機(jī)150Pa，大型機(jī)300～800Pa。