【文章內(nèi)容簡介】 制冷量的多少是整個空分設備冷量平衡所要求的。制冷量大于需求量時，冷凝蒸發(fā)器的液面會升高，就應相應的減少制冷量。在液面降到合適高度時，還需要稍增加一點制冷量才能使其平衡、穩(wěn)定。如果裝置的冷損增加或由于其他原因制冷量小于需求量時，則冷凝蒸發(fā)器的液面會下降，就相應的增加制冷量。當液面長到合適的位置時還要稍微減少一點制冷量，才能使液面穩(wěn)定。這種操作是對指示滯后的人工反饋。 ?冷凝蒸發(fā)器液面過高或過低時，還要看其他液面是否合適。如果冷凝蒸發(fā)器液氧液面過高而下塔液空過低，可能是由于打入上塔的液空量過大。此時應關(guān)小液空節(jié)流閥。反之，若冷凝蒸發(fā)器液氧液面過低而下塔液空過高，則要開大液空節(jié)流閥，以保持冷凝蒸發(fā)器的液面穩(wěn)定。 ?當冷凝蒸發(fā)器液面過高時，可以排放一部分液氧。這不僅能使液面迅速下降，還可以清除一部分雜質(zhì)，有利于安全運行。 29什么叫易揮發(fā)組分。什么叫難揮發(fā)組分？ ? 對每一種液體，在一定的溫度下總有一部分液體分子會蒸發(fā)成蒸氣分子，蒸氣分子所產(chǎn)生的壓力叫蒸氣壓。如果溫度不變，蒸發(fā)過程最終會達到平衡，蒸氣分子的數(shù)目不再增加。通常說達到了飽和蒸氣壓。對于同一種液體，每一個溫度只對應有一個飽和蒸氣壓。對于不同物質(zhì)，由于分子間引力的不同，在同樣的溫度下蒸氣出來的分子數(shù)目也不相同，產(chǎn)生的飽和蒸氣壓也不同。 ?在同一溫度下，飽和蒸氣壓高的物質(zhì)說明它的分子從液體中蒸發(fā)的多，也就是容易揮發(fā)。反之，則是難以揮發(fā)。這里的“難”和“易”是相對而言的，例如，對由氧、氬、氮組成的混合液體，其中每一種成分組分。氮對于氧和氬來說，飽和蒸氣壓高，是易揮發(fā)組分，而氬與氮相比是難揮發(fā)組分，與氧相比又是易揮發(fā)組分。 ?對難揮發(fā)組分來說，如果要讓他達到與易揮發(fā)組分有同樣的蒸氣壓，則必須提高它的溫度，讓它有更多的液體分子蒸發(fā)出來。飽和蒸氣壓對應的溫度叫飽和溫度。因此也可以說，在相同的飽和蒸氣壓下，難揮發(fā)組分對應的飽和溫度高，易揮發(fā)組分對應的飽和溫度低。 什么叫精餾？ ?精餾是利用兩種物質(zhì)的沸點不同，多次地進行混合蒸氣的部分冷凝和混合液體的部分蒸發(fā)的過程，以達到分離的目的。 3篩板的結(jié)構(gòu)如何，篩板的形式有幾種？ ?篩板是由篩孔板、溢流斗、無孔板組成的。篩孔板上分布有許多小孔，蒸氣自下而上穿過小孔，經(jīng)塔板上的液體層傳熱、傳質(zhì)后上升。液體按照一定路線從塔板上流過，液體由穩(wěn)定流速的蒸氣托持著，經(jīng)溢流斗流到下一塊塔板的無孔板（受液盤）。液層的厚度由塔板上的進口擋板和出口擋板高度來決定。 ?依據(jù)液體在塔板上的流動方向，篩板的形式分為對流、徑流、環(huán)流式，環(huán)流式還分為單溢流和雙溢流，如圖所示： ? 液體在塔板上流動路線長，氣液接觸時間也長，熱、質(zhì)交換充分，但是塔板阻力大，精餾分離的能耗升高。所以，中壓小型制氧機通常采用環(huán)流塔板， 50M3/H制氧機多采用單溢流的環(huán)流板。 300M3/H中壓制氧機采用雙溢流環(huán)流板。對于全低壓的制氧機，由于塔板阻力直接影響制氧機能耗，且環(huán)形塔板直徑大，因此，多數(shù)采用對流或徑流板。全低壓中、小型制氧機通常采用對流板；全低壓大型制氧機采用徑流板。 3溢流斗起什么作用？ ? 為了保證精餾塔內(nèi)精餾過程的進行，必須有一定的下流液體沿塔板逐塊下流。對篩板塔，在塔板的溢流口處裝有溢流斗的作用，更主要是為了使上升蒸氣與下流液體能在塔板上充分接觸，讓蒸氣穿過篩孔上升，而不會從溢流口處短路，即溢流斗可起到液封的作用。溢流斗下部位置低于增位板高度，液體在塔板上流動，液面必然高于增位板高度，在溢流斗出口處造成“液封”，使蒸氣無法短路通過。同時，由于塔板下部的蒸氣壓力比上部高，要保證液體順利流下，也需要靠溢流斗內(nèi)積聚起液體，其液面比塔板上的液面高，靠液柱靜壓力下流。此外，溢流斗還可以起到分離下流液夾帶的蒸氣泡的作用，防止經(jīng)過精餾提高了氮純度的氣體又返回到氮濃度較低的塔板上。 ? 由此可見，溢流斗對保證精餾過程的正常進行起著重要的作用，制造時應保證工藝要求。 3規(guī)整填料精餾塔與篩板塔相比有什么特點？ ?精餾塔分為篩板塔和填料塔兩大類。填料塔又分為散堆填料和規(guī)整填料兩種，篩板塔雖然結(jié)構(gòu)簡單，適應性強，宜于放大，在空分設備中被廣泛采用。但是，隨著氣液傳熱、傳質(zhì)技術(shù)的發(fā)展，對高效規(guī)整填料的研究，一些效率高、壓降小、持液量小的規(guī)整填料的開發(fā)，在近十多年內(nèi)，有逐步替代篩板塔的趨勢。 ? 規(guī)整填料由厚 ，一塊塊排列起來的金屬波紋板低溫液體在每一塊填料表面都形成了一層液膜，與上升的蒸氣相接觸，進行傳熱、傳質(zhì)。規(guī)整填料的金屬比表面積約是填料是塔板的 30倍，液氧持留量僅為篩板的35%~~40%。而且因為精餾塔截面積比篩板塔小 1/3，填料垂直排列，不存在水平方向濃度梯度的問題只要液體分布均勻，精餾效率較高，壓力降較小，氣體穿過填料液膜的壓力差比穿過篩板液層的壓差要小的多，約只有 50PA。上塔底部壓力的下降，必然導致下塔壓力降低，進而主空壓機的出口壓力相應降低，使整套空分的能耗降低。同時，規(guī)整填料液體的滯留量小，因此，對負荷變化的應變能力較強。 ?歸納起來，規(guī)整填料塔與篩板塔相比，有以下優(yōu)點： ? 壓降非常小。氣相在填料中的液相膜表面進行傳熱、傳質(zhì)，不存在塔板上清液層及篩孔的阻力。在正常情況下，規(guī)整填料的阻力只有相應篩板塔阻力的1/5~~1/6； ? 熱、質(zhì)交換充分，分離效率高，使產(chǎn)品的提取率高； ? 操作彈性大，不產(chǎn)生液泛或漏液，所以負荷調(diào)節(jié)范圍大，適應性強，負荷調(diào)節(jié)范圍可以在 30%~~110%，篩板塔的調(diào)節(jié)范圍在 70%~~100%； ? 液體滯留量少，啟動和負荷調(diào)節(jié)速度快； ? 可節(jié)約能源。由于阻力小，空氣進塔壓力可降低 ，因而使空氣壓縮能耗減少 %左右； ? 塔徑可以減小。 ? 此外，應用規(guī)整填料后，由于當量理論塔板的壓差減小，全精餾制氬可能實現(xiàn)，氬提取率提高 10%~~15%左右。 ? 規(guī)整填料精餾塔一般分為 3~~5段填料層，每段之間有液體收集器和再分布器，傳統(tǒng)篩板塔的板間距為110~~160MM，而規(guī)整填料的等板高度為250~~300MM，因此填料塔的高度會增加。一般都選用鋁作為規(guī)整填料的材料，這樣可減輕重量和減少費用，但必須控制好填料金屬表面殘留潤滑油量小于 50mg/m3。在這樣的條件下，可認為鋁填料塔和鋁篩板塔用于氧精餾是同樣安全的。 ? 當然，規(guī)整填料的成本要比篩板塔高，塔身也較高。但是，它的優(yōu)點是突出的，所以進入 90年代后，許多空分設備廠首先在上塔和氬塔用規(guī)整填料替代了篩板塔，并有進一步在下塔也加以使用的趨勢。 3為什么精餾塔下塔一般不以規(guī)整填料塔取代篩板塔？ ? 規(guī)整填料塔的每 1M填料相當?shù)睦碚撍鍞?shù)與上升氣體的空塔流速成反比，與氣體的密度的1/2次方成反比。由于下塔的壓力高，氣體的密度大，當處理的氣量和塔徑一定時，每米填料的理論塔板數(shù)減少，即需要有較高的下塔才能滿足要求，這將使阻力增大，能耗增加；如果靠增大塔徑來降低流速，提高每米填料的理論塔板數(shù)，則會增加下塔的投資成本。因此下塔是否采用規(guī)整填料，需要權(quán)衡利弊。目前還是以采用篩板塔居多。 3下塔液空的氧純度是怎樣規(guī)定的，它對精餾過程的影響如何？ ? 下塔液空主要來自從下部第一塊塔板流下的液體。從上一塊塔板上流下的液體與進塔的空氣在第一塊塔板上接觸，部分液體蒸發(fā)，液體中的氧濃度有所增高后再流入液釜的。但是，它的氧濃度受到進塔空氣的氧濃度（ %O2）的限制，總要比它的平衡濃度低一些。例如，當下塔壓力為 ，與含氧 %的蒸氣相平衡的液體中氧濃度為 %，而實際液空中氧濃度應低于這個值。 ? 平衡濃度與壓力有關(guān)。隨著壓力的提高，平衡濃度降低，液空中氧濃度也隨之減小。例如當壓力為 ，液體中的平衡濃度為 %O2。 ? 此外，根據(jù)塔的能量平衡，進塔空氣應是含濕的。對于中壓流程的制氧機，膨脹空氣有節(jié)流空氣混合后應含有部分液體；對于低壓流程的制氧機，切換式換熱器冷端空氣是稍有過熱的，則必須使一部分空氣在液化器中液化，使其綜合狀態(tài)是含濕的。裝置的冷損越大，或生產(chǎn)液體產(chǎn)品，則要求進塔空氣含濕越大。而進塔的這部分液體中的氧濃度是較低的，因此，含濕的大小將影響到液空的氧濃度。冷損越大，液空的氧濃度越低。例如，對生產(chǎn)氣氧的設備，液空的氧濃度為 38~~40%O2；對于生產(chǎn)液氧的設備，液空的氧濃度為 35~~37%O2。 ? 在實際運轉(zhuǎn)中，液空的氧純度還受下塔物料平衡的制約。如果液氮調(diào)節(jié)閥關(guān)的過小，液空量增加，液空氧純度就必然下降，而液氮純度會上升。反之，則液空的氧純度提高。液空氧純度的高低對精餾是有影響的，其影響程度不能籠統(tǒng)而言，應做具體分析。例如，在液氮純度保持不變及回流量一定的情況下，液空純度越高，則氧氣純度提高，液空純度越低，則氧氣純度難以提高。當然，這還要看上塔是否有潛力而異，操作人員最好按規(guī)定的指標操作。 3什么叫回流比，它對精餾有什么影響？ ?在空氣精餾中，回流比一般是指塔內(nèi)下流液體量與上升蒸氣量之比，它又稱為液氣比。 ?而在化工生產(chǎn)中，回流比一般是指塔內(nèi)下流液體量與塔頂餾出液體量之比。 ? 精餾產(chǎn)品的純度，在塔板數(shù)一定的條件下，取決于回流比的大小。回流比大時所得到的氣相氮純度高，液相癢純度就低。回流比小時得到的氣相氮純度低，液相的氧純度高，這是因為溫度較高的上升氣與溫度較低的下流液體在塔板上混合，進行熱、質(zhì)交換后，在理想情況下它們的溫度可趨于一致，即達到同一個溫度。這個溫度介于原來的氣、液溫度之間。如果回流比大，即下流的冷液體多或者上升的蒸氣少時，則氣液混合溫度必然偏于低溫液體一邊，于是上升蒸氣的溫降就大，蒸氣冷凝得就多。因氧是難揮發(fā)組分，故氧組分冷凝下來相應也較多些，這樣離開塔板的上升氣體的氮濃度也提高的快。每塊塔板都是如此，因此在塔頂?shù)玫降臍怏w含氮純度就高。另一方面，因為氣液混合溫度偏于低溫液體一邊，于是下流液體的溫升就小，液體蒸發(fā)的也少，因而液體中蒸發(fā)出來的氮組分相應也少些，這樣離開塔板的下流液體中氧純度就提高的慢。每塊塔板都是如此，因而在塔底得到的液體的氧濃度就低。 ?回流比小時則與上述情況相反，不再重復，精餾工況的調(diào)整，實際上主要就是改變塔內(nèi)各部位的回流比大小。操作工人常說的精餾塔塔溫高，實際上就是指回流比小，塔溫低，就是回流比大的情況。 3為什么下塔液氮取出量越大，液氮純度越低，而液空純度會提高呢？ ? 在進塔氣量和進氣狀態(tài)以及膨脹氣量和操作壓力一定的情況下，冷凝蒸發(fā)器熱負荷基本上是一定的，即液氮的冷凝量一定。如果下塔液氮取出量加大，下塔回流液體量就要減少，下塔回流比也就相應減少，因而塔板上的氣液混合溫度就要升高，上升蒸氣在每塊塔板的溫降就要減小。這樣上升蒸氣部分冷凝就不充分，蒸氣中氧組分冷凝下來的就少，于是在塔頂?shù)玫降臍獾募兌染徒档?，到冷凝蒸發(fā)器后冷凝成的液氮純度也低。另一方面，由于各塊塔板上的氣液混合溫度升高，下流液體在各塊塔板上的溫升也增大。這樣，液體部分蒸發(fā)較為充分，下流液體中的氮組分蒸發(fā)出來的數(shù)量就相應增加，因而液體的氧純度提高的快，故在塔底得到的液空純度就相應提高。 3為什么說液氮節(jié)流閥可調(diào)節(jié)下塔液氮、液空的純度，而液空節(jié)流閥只能調(diào)節(jié)液空液面？ ? 空分設備在運轉(zhuǎn)中，只要進塔空氣量及操作壓力以及冷損不變，冷凝蒸發(fā)器生成液氮量基本上一定。下塔液空和液氮的純度主要決定回流比的大小，而液氮節(jié)流閥的開度直接影響到下塔回流比。液氮節(jié)流閥開大，送到上塔的液氮量多了，下塔的回流液就少了，因而回流比相應減少，所以液空 的氧純度提高，液氮的純度降低。反之，關(guān)小液氮節(jié)流閥，送送到上塔的液氮量少了，下塔的回流液就多了，因而回流比相應增加，所以液空 的氧純度降低，液氮的純度升高。而液空節(jié)流閥的開度，在一般情況下不能改變下塔的回流比，所以它不能調(diào)節(jié)液氮和液空的純度。但它的開度將影響到下塔液面的高低，而且影響到上塔的精餾工況。如果液空節(jié)流閥的開度剛好與生成的液空量相適應，則下塔液面保持穩(wěn)定。如果開度小，則液空通過的數(shù)量就少，液空液面就要上升；反之液面下降。但液空節(jié)流閥的開度直接影響送到上塔液空量的多少，因而能改變上塔的回流比，從而影響上塔產(chǎn)品的純度。 ? 當液空液面穩(wěn)定時，液空節(jié)流閥的開度將反映液空純度的高低。因為液空節(jié)流閥的開度小，一定是下塔回流的液體量少，液空中氧純度升高。當液空節(jié)流閥開度大時，則液空的氧純度降低。但是這不是液空節(jié)流閥調(diào)節(jié)的結(jié)果。 ? 當下塔液空液面過低，通過液空節(jié)流閥夾帶有氣體時，則會使下塔的聲聲蒸氣減少，回流比增大，液空中氧純度下降。并且，它將對上塔精餾工況、氧氣的純度帶來較大的影響，這在操作中是不允許的。因此，控制液空液面本身也包含著確保精餾工況正常的意義。 3為什么說調(diào)整下塔純度是調(diào)整上塔產(chǎn)品純度的基礎？ ? 雙級精餾塔分離空氣是先將空氣字下塔分離成富氧液空和液氮，然后再送到上塔進一步分離成純氧和純氮產(chǎn)品。由此可見，如果下塔提供的中間產(chǎn)品不合格，上塔是很難生產(chǎn)出純度和數(shù)量都合乎要求的氧、氮產(chǎn)品的。這是因為在設計上塔時，是根據(jù)氧、氮產(chǎn)品的數(shù)