【正文】 對于大型空分沒備（產(chǎn)量大于3000m3/h）的精餾塔，氣體的空塔流速，可在如下范圍內(nèi)選?。? 精餾段（液空進(jìn)料口以上）WK=~ 上塔 提餾段（液空進(jìn)料口以下）WK=~ m/s 下塔 WK=~空塔流速的計算公式：WK=G上升蒸氣的容積流量，m3/hF塔板的有效面積，m2環(huán)形塔板F=表51 6000m3/h制機精餾塔結(jié)構(gòu)參數(shù)結(jié)構(gòu)參數(shù)上塔下塔外徑D2/mm1500/25002050內(nèi)徑D1/mm500/850700內(nèi)外徑D2/D13/空塔流速m/s~篩孔節(jié)距mm出口堰高度區(qū)Z1/mm1010進(jìn)口堰高度區(qū)Z2/mm2222篩孔直徑do/mm11初始液封高度a/mm55溢流斗數(shù)1/22塔板間距L/mm90~110100 填料塔填料塔分為散堆填科和規(guī)整填料兩種，散堆填料是在精餾塔內(nèi)充填拉西環(huán)和鮑爾環(huán)，但逐漸被效率更高的規(guī)整填料所代替。溢流管的液面比塔板液面略低，但比下地塊塔板液面高。導(dǎo)致霧沫夾帶的因素有氣體流速和塔間距。一般來說，上塔臨界流速3~，~2倍，使操作負(fù)荷有較大的變化范圍。 當(dāng)上升氣體流速小于一定數(shù)值時將出現(xiàn)不均勻鼓泡的工況，此時鼓泡只在塔板的局部范圍進(jìn)行，就是說塔板的局部地方形成蜂窩狀的泡沫層，而塔板的其它部分則為清亮液層。~，因此在1平方米面積上的篩孔上約有110000個小孔。%O2的容氣，就可獲得等量的50%%的氮氣。顯然，在這樣過程中，實現(xiàn)了能量平衡和物料平衡。因此在實踐中，把兩個過程結(jié)合起來，就實現(xiàn)了精餾。 空氣的部分冷凝是指在冷凝過程中不斷將冷凝液體抽走，使所剩蒸氣氨濃度不斷提高。 簡單冷凝是簡單蒸以的逆過程，冷凝時，從J點開始，隨著溫度的降低，到達(dá)A點，%N2。在98Kpa下，%N2的液空，從初始溫度T0開始汽化，當(dāng)加熱到T1時變 成飽和液體，相當(dāng)于A點，%N2，雖然氮濃度比較高，但氣體量近似于零。圖中虛部分為下塔壓力狀態(tài)氣液相平衡線；實線部分為上塔壓力狀態(tài)氣液相平衡線。溫度濃度圖（Txy圖）13012011010090807020406080100N2%T（K）圖54 圖54中，當(dāng)壓力增加時液相線間距變窄，這表明壓力越增高，氣液相中氧（氮）的濃度越小，分離空氣越困難，所需塔板數(shù)越多，所以低壓下分離空氣有利。在98Kpa絕對壓力下，含有21%%氧氣；如圖A點；如使氣相氧含量達(dá)到21%，則液相中氧含量達(dá)到52%，從圖中可以看出，氧氮混合溶液中，液相氧濃度總是大于氣相氧濃度，因此，氣相氮濃度也總是大于液相氮濃度。氣液相平衡時，整個氣液系統(tǒng)處于恒定的壓力和溫度之下，各部分狀態(tài)參數(shù)將保持不變。由于蒸氣分子在空間不斷作無規(guī)則運動，相互碰撞，其中一部分蒸汽分子接近液面，被液相分子吸引，重新凝結(jié)回液相。相的內(nèi)部達(dá)到平衡時，宏觀物理化學(xué)性質(zhì)均勻一致。空壓機啟動升壓時，應(yīng)緩慢進(jìn)行，防止空氣流速過大。要密切監(jiān)視吸附器的切換程序，切換壓差是否正常。所以，要密切注意分子篩加熱、冷吹等工藝情況。 分子篩吸附器的切換操作分子篩吸附器在切換時，首先要進(jìn)行充壓。因為在出口部位最不容易再生徹底，如果該處的溫度能達(dá)到要求，內(nèi)部的溫度肯定要超過此溫度，表示內(nèi)部均已再生完畢。冷吹階段。溫度迅速升高，但是出口溫度開始還會繼續(xù)下降，然后才逐漸升高。AB為卸壓階段。各切換閥門的動作都是由時間程序控制器控制的，由于吸附熱的關(guān)系，剛切換投入工作之瞬間，出口溫度比入口溫度高約20℃。吹冷初期，污氮氣出口的溫度會繼續(xù)上升，待上升到120℃左右就逐漸下降，吹冷末期污氮氣出吸附器溫度可下降至比工作溫度高5～10℃時結(jié)束，冷吹時間需120分鐘左右。⑴ 降壓吸附器在工作周期即將結(jié)束時,須將容器內(nèi)的帶壓空氣降壓排放，為了避免吸附劑床層受到壓力波動的沖擊,降壓速度不能太快，此步完成時間一般在6～10分鐘。 純化系統(tǒng)流程分子篩純化系統(tǒng)電加熱器再生流程如圖所示。隨著制氧機的大型化，臥式分子篩純化器的截面勢必進(jìn)一步增大。10000m3/h制氧機的分子篩純化器是臥式的。全低壓制氧流程中所配置的分子篩純化器有立式、臥式、徑向式三種。80年代后期，常溫分子篩凈化空氣已成為空氣主要的凈化方法。⑷置換法。在吸附進(jìn)行時操作壓力較高，解吸時為常壓或抽真空，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。吸附劑的解吸方法解吸方法概括起來有四種：⑴加熱法。如果吸附器的截面縮小，高度增加，這對提高吸附容量是有利的。⑸ 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。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。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小的規(guī)律。也可以說，最短的停留時間應(yīng)該是吸附時間。值得注意的是，一旦達(dá)到吸附質(zhì)的飽和狀態(tài)，隨著壓力的再提高，單位體積內(nèi)吸附質(zhì)的含量已經(jīng)不再變化，這時吸附容量已與壓力無關(guān)了。影響動吸附容量的因素：（1）溫度：正如前述靜吸附容量隨溫度的升高而降低，所以動吸附容量也同樣隨溫度的升高而下降。換言之，氣體的流動不可能有足夠長的時間使吸附劑所有表面都達(dá)到吸附平衡，也就是動吸附容量永遠(yuǎn)小于靜吸附容量。吸附劑的吸附能力可以由靜吸附容量和動吸附容量來表示。吸附過程與動吸附容量在固定床吸附器中，氣體（或液體）通過吸附劑層時，不是所有吸附劑同時發(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)。所謂平衡，只是宏觀上失去了吸附作用，其實是動態(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。吸附是一個傳質(zhì)過程，傳質(zhì)能力的大小與擴(kuò)散系數(shù)高、低密切相關(guān)。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。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％，但此后一直可保持到再生到2000次。除了酸與強堿外，對有機溶劑具有強的抵抗力。水分首先被吸附。即便氣體中的水蒸汽含量較低，分子篩也具有較強的吸附力。根據(jù)分子沸點不同的選擇吸附：沸點愈低越不易被吸附。13X分子篩透過曲線斜率較大，故其傳質(zhì)區(qū)較短，吸附速度快。分子篩目前主要有A型、X型和Y型三個類型，外型有條狀和球狀。它是結(jié)晶的硅、鋁酸鹽多水化合物?；钚匝趸X它是氧化鋁的水化物（A12O3能吸附大量的水分。此外，吸附劑應(yīng)該有一定的機械強度和化學(xué)穩(wěn)定性，容易解吸（或再生），價格低廉。例如，細(xì)孔硅膠顆粒內(nèi)布滿了直徑為25～40A(1A=108cm)的微孔，每g硅膠的表面積達(dá)400～600m2，每克分子篩的表面積高達(dá)800～1000m2。當(dāng)吸附達(dá)到飽和時，使吸附質(zhì)從吸附劑表面脫離從而恢復(fù)吸附劑的使用能力的過程謂之解吸（或再生），與吸附相反，解吸需要吸熱稱為“脫附熱”。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。雖然水分、二氧化碳、乙炔性質(zhì)各異，吸附劑對它們吸附性能不同，但吸附機理相類似。小型制氧機曾用硅膠干燥器清除水分?？諝膺M(jìn)入切換式換熱器后，隨溫度的降低空氣中水蒸氣析出，（直至60℃）。對于未飽和空氣，空氣中的水蒸氣尚處于過熱狀態(tài)，在一定溫度下提高壓力，則水蒸氣分壓力達(dá)到飽和蒸氣壓力時，就變成飽和空氣。絕對濕度只表示空氣中所含水分量的多少，但不足以表明空氣是否還有繼續(xù)吸收水分的能力，因此，常用相對濕度來表示空氣中水蒸氣的相對含量，即空氣的潮濕程度。例如空氣溫度在20℃，在30℃。 飽和與未飽和空氣中水蒸氣的含量隨著時間、地點和環(huán)境條件的不同會發(fā)生變化。 自清除在全低壓切換式換熱器的流程中，切換式換熱器在換熱的同時凍結(jié)清除空氣中的水分及二氧化碳，這稱之為自清除。⑥ 結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)備輕，為同容量的布袋式過濾器及其它過濾器的1/2左右。② 過濾效率比一般過濾器提高5％～10％。自潔式過濾器核心部件過濾筒，采用進(jìn)口RK300高效防水濾紙，經(jīng)特殊工藝生產(chǎn)而成。當(dāng)空氣穿過高效濾筒時，粉塵由于重力、靜電和接觸等被阻留在濾筒外表面，凈化空氣進(jìn)入凈氣室，然后經(jīng)出風(fēng)管引出。其缺點是過濾速度較高，阻力較大，高達(dá)1200Pa；對濕度太大的地區(qū)或季節(jié)，濾袋易被堵塞。被反吹下來的灰塵落入 底部灰斗，定時由星形閥排出?？諝鈴捻敳窟M(jìn)入，經(jīng)分配器后流入袋內(nèi)，經(jīng)濾袋過濾后由下部流出。一般規(guī)定，%，就需要更換濾料?？辗盅b置加工空氣污染中的塵粒是微小的，通常小于10μm，所以空氣污染過濾器多采用擴(kuò)散粘附的原理，相應(yīng)的過濾器有表面式或內(nèi)部過濾式過濾器，表面過濾的濾料為布、網(wǎng)等織物或過濾紙。過濾法是利用過濾材料把空氣中顆粒狀雜質(zhì)清除的方法。而水蒸氣和二氧化碳在加工空氣冷卻的過程中會首先凍結(jié)析出，將堵塞設(shè)備及氣體通道，致使空分裝置無法生產(chǎn)。加溫注意事項：確保密封氣暢通，潤滑油壓力正常；先打開緊急切斷閥和噴嘴葉片后才可通加溫氣體，以免損壞機器；膨脹機加溫完畢后進(jìn)出口閥門必須關(guān)嚴(yán)，使得加溫后的膨脹機在長期停車期間避免冷氣體進(jìn)入潤滑油腔，使軸承過冷損壞。⑷ 自動停車系統(tǒng)當(dāng)監(jiān)測參數(shù)（油壓、軸溫、轉(zhuǎn)速）發(fā)生變化達(dá)到聯(lián)鎖停車值時，膨脹機的入口電磁閥、增壓機回流電磁閥會失電，在3秒內(nèi)，所控氣動薄膜調(diào)節(jié)閥會在彈簧的作用下自動回到初始位置，即回流閥全開，進(jìn)口閥全關(guān)。當(dāng)由于某種原因?qū)е掠蛪航档瓦_(dá)到聯(lián)鎖值時，輔助油泵就會自動啟動，保證了膨脹機供油的穩(wěn)定。⑴ 防喘振系統(tǒng)本系統(tǒng)主要由流量監(jiān)測儀表、轉(zhuǎn)速監(jiān)測、繼電器、電磁閥、氣動薄膜調(diào)節(jié)閥組成。潤滑油循環(huán)使用，在軸承處除起潤滑作用外，還可以冷卻軸承，將高速旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的熱量帶走，因此潤滑油需要冷卻，確保軸溫低于65℃。潤滑系統(tǒng)包括油箱、齒輪油泵、油過濾器、油壓容器等。在工作輪背面，低溫氣體會沿軸間向外泄漏，減少了透平膨脹機的制冷量；另外，由于冷量的泄漏還會導(dǎo)致軸承潤滑油的固化，造成事故，因此需要設(shè)置可靠的軸密封。典型的結(jié)構(gòu)如下圖23：圖 23 ⑵軸承在透平膨脹機中，一般采用滑動軸承。主軸的一端裝有膨脹機工作輪，另一端裝有增壓機葉輪或風(fēng)機葉輪等。 透平膨脹機組透平膨脹機組由主體、制動器、潤滑系統(tǒng)、氣封系統(tǒng)、自動保護(hù)系統(tǒng)組成。是質(zhì)和量同時改變的一種調(diào)節(jié)方法。優(yōu)點是增加單位制冷量。⑵ 電機制動是在工作輪同軸裝上發(fā)電機轉(zhuǎn)子，將膨脹機的功轉(zhuǎn)換為電能送入電網(wǎng)。制動器作用是消耗透平膨脹機的功，控制其轉(zhuǎn)速，維持膨脹機在最高效率點運行，同時也防止透平膨脹機“飛車”。工作輪的一小股氣流，經(jīng)輪盤外側(cè)與殼體之間的縫隙，沿軸向外界泄漏，這種損失稱為外泄漏損失。這部分摩擦功又轉(zhuǎn)換成熱量，通過葉輪把熱量傳給氣體，提高了工作氣體出工作輪時的比焓值，因而降低了制冷量。這兩部分能量的損失稱余速損失。當(dāng)氣體流經(jīng)葉輪流道時，由于葉片型線、表面粗糙度等因素引起的摩擦損失，氣體流動時的渦流和沖擊損失等。綜合起來，影響透平膨脹機等熵效率的主要損失有5種。內(nèi)部損失影響膨脹機的等熵效率；外部損失只對膨脹功的回收和利用率有影響。式中：－質(zhì)量流量（膨脹氣量），kg/s； －氣體密度，kg/m3； 、－氣體在兩個狀態(tài)下的速度，m/s； －垂直c的流道截面積，m2；從上式中可看出，當(dāng)流體體積流量一定時，流道截面積和氣體速度成反比關(guān)系。pv=ZRT式中：p－絕對壓力，Pa； v－氣體比體積，m3/kg； R－氣體常數(shù)，J/（kg膨脹工質(zhì)由進(jìn)氣管進(jìn)入蝸殼，被均勻地分配進(jìn)入噴嘴；經(jīng)過噴嘴膨脹，降低了壓力和溫度后進(jìn)入工作輪，在工作輪中工質(zhì)進(jìn)一步膨脹做功；然后經(jīng)由擴(kuò)壓器排入膨脹機的出口管道，而膨脹功則由工作輪相連的主軸向外輸出?，F(xiàn)代空分設(shè)備普遍采用的是向心徑－軸流反動式透平膨脹機，它具有焓降大、允許轉(zhuǎn)速高、結(jié)構(gòu)簡單和熱效率高的特點。按工質(zhì)在膨脹過程所處的狀態(tài)，可分為氣相透平膨脹機和兩相透平膨脹機。對于空分設(shè)備來說，低溫精餾裝置冷量損失的及時補充、產(chǎn)品產(chǎn)量的有效調(diào)節(jié)等都使得為其提供充足冷量的膨脹機顯得尤為重要。但節(jié)流過程用節(jié)流閥結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)節(jié)方便，并且可以工作在氣液兩相區(qū)內(nèi)。氣體等熵膨脹產(chǎn)生的溫差，不但隨著膨脹前后的壓力比值增大而增加，而在膨脹前后壓力不變的情況下，還隨著膨脹前的溫度的變化而變化。高壓氣體等熵膨脹時向外輸出機械功，這樣消耗了大量的氣體內(nèi)能（焓值減?。?。節(jié)流前的壓力增高，節(jié)流效應(yīng)變小。這種現(xiàn)象叫節(jié)流效應(yīng)（焦耳－湯姆遜效應(yīng)）。在實際工作中，為了調(diào)節(jié)，通常用節(jié)流閥代替節(jié)流孔。（2） 制冷：空氣的液化為使空氣液化，需要獲得低溫，工業(yè)上常用兩種方法，即空氣通過節(jié)流閥或膨脹機的膨脹制冷獲得低溫，甚至液化。易于實現(xiàn)自動化增壓分子篩凈化流程，啟動操作簡化，設(shè)備溫度變化連續(xù)，給自動控制提供了方便。在正常操作中，剔除了液氧、液空吸附器的倒換操作，既減少了操作的麻煩又確保了精餾塔的工況穩(wěn)定，有利于提高氧、氮、氬等產(chǎn)品產(chǎn)量?？s短安裝時間正因為冷箱內(nèi)設(shè)備減少,流程簡化,所以安裝難度降低。對于板翅式換熱器在切換式流程中一直處于交變載荷之中，易于疲勞破壞，同時換熱器的熱段易于進(jìn)水凍裂，還會加速對鋁制換熱器的腐蝕，因而板翅式切換式換熱器的使用壽命短。％－2％。對于氮氣產(chǎn)量，因為分子篩切換周期很長，精餾塔工況波動小，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。為此，在本節(jié)內(nèi)對全低壓切換式換熱器凍結(jié)流程與增壓分子篩凈化流程進(jìn)行詳細(xì)比較。膨脹后換熱器的作用能夠降低膨脹后氣體的過熱度又保持膨脹量不變。就其結(jié)構(gòu)來講，有板翅式及管式兩種。過冷器的作用是使下塔來的液空、純液氮、污液氮和從上塔抽出的氧、氮、污氮氣換熱，使液體過冷。在全低壓流程中主冷溫差取的較小，～℃。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