空分设备及工艺介绍

2019/10/41空分设备及工艺介绍2019/10/42近年来,随着国民经济的高速发展,为冶金、石化、化工和航天等工业领域配套的大中型空分设备得到迅速发展和广泛的应用。作为我国重大装备工业的空分设备制造业,已经走过了半个多世纪的历程,特别是在国内经济高速发展的浪潮中,国产空分设备业主久了辉煌的业绩;近10年来,空分设备的制氧规模从15000m3/h等级扩展到50000m3/h等级;每年生产的空分设备制氧总量也从每小时十几万立方米增加到一百万立方米。与此同时,空分技术也得到了迅速的发展和应用,如采用规整填料塔及全精馏无氢制氩技术、新型的内压缩流程技术、先进的高级控制技术、各种先进配套部机的应用更完善的安全运行和操作技术等.1.介绍2019/10/43特别是近5年,我国新建和在建空分设备的制氧总量超过了以往50年的总量;技术的发展和应用比历史上任何时期都迅速和频繁.我公司采用10000m3/h空分采用液氧自增压流程.是在*****行业首家利用深冷法制氧、全面使用纯氧燃烧技术的企业，*****行业是空分设备又一新的应用领域。1.介绍2019/10/44我公司制氧站于****年初筹划立项，******中旬开始破土动工，******顺利结束空分设备的裸冷工作，并对部分缺陷进行处理。****日进行空分设备的常温启动，历时约60小时，空分设备顺利出氧，一次开车成功，并向***炉送出合格氧气！1.介绍2019/10/451.介绍空气分离方法变压吸附分离变压吸附法是利用分子筛对氧或氮的吸附性能不同的特性，且通过压力变化而实现氧氮分离的方法。一般产品纯度不高，回收率低。膜分离膜分离法是利用膜对氧氮透过性不同进行空气分离，氧纯度很低。也是一般产品纯度不高，回收率低。精馏分离2019/10/461.介绍精馏设备下塔、主冷凝蒸发器上塔、主冷凝蒸发器粗氩Ⅰ、粗氩Ⅱ、粗氩冷凝器纯氩蒸发器、纯氩塔、纯氩冷凝器系统介绍：原料空气空压机空冷系统热交换系统纯化系统膨胀机加压预冷纯化制冷储存系统产品压缩机或用户精馏系统换热气氧气氮液氧液氮控制系统计算机控制2019/10/472.概述精馏原理1气化2蒸发3沸腾4液化5物相6气液相平衡7精馏2019/10/483.词汇气态化(气化)：将物质从液态变为气态并伴随着吸热的过程称为气态化，也就是经常简称的气化。蒸发：气态化如果只是从液体的外部自由表面产生，那么这种过程称为蒸发，并且在任何一个温度下可以取某一个速度进行。2019/10/493.词汇沸腾：气泡的生成如果不仅在液体的自由表面，并且在整个体积内进行，这种气态化称为沸腾。与蒸发的区别在于沸腾是在特定的温度(所谓的沸腾温度或沸点)下进行。液化（冷凝）：将物质从气态变成液态并伴随着放热的过程称为液化或冷凝。2019/10/4103.词汇物相：如果系统状态的参数值在系统所有各点都是一致或者作连续的变化而没有突变，那么这种系统就称为单相的或均一的系统。具有一定数量并在整个质量中是物理性质均一的物质称为物相。如果用任意的方法将物相分成几部分，那么所有部分的状态是相同的。2019/10/4113.词汇汽液相平衡在封闭容器中,如图所示。在一定条件下，液相中各组分均有部分分子从界面逸出进入液面上方气相空间，而气相也有部分分子返回液面进入液相内。经长时间接触，当每个组分的分子从液相逸出与气相返回的速度相同，或达到动平衡时，即该过程达到了相平衡。平衡时气液两相的组成之间的关系称为相平衡关系。它取决于体系的热力学性质，是蒸馏过程的热力学基础和基本依据。相平衡是物质在各相之间分布的平衡。达到平衡之后，各相的组成和数量不随时间改变.2019/10/412精馏：先将气体混合物冷凝为液体，然后按照各组分蒸发温度的不同将他们分离的过程。精馏的原理：将空气冷凝为液体，然后按照各组分蒸发温度的不同将空气分离。（通俗的讲就是多次部分蒸发部分冷凝）3.词汇在一个标准大气压下，氧被冷却到90.188K，氮被冷却到77.36K，氩被冷却到87.29K都变成液态。t＝T－273.162019/10/4134.精馏原理4.1单组分汽－液相平衡压力与温度的关系式：P=ψ(T)饱和蒸汽压曲线汽液相平衡曲线液相区气相区气相区临界点2019/10/4144.精馏原理氧蒸汽压与温度曲线2019/10/4154.精馏原理氮蒸汽压与温度曲线2019/10/4164.精馏原理氩蒸汽压与温度曲线2019/10/4174.精馏原理4.1一次部分汽化和多次部分汽化xFx1y1加热器分离器冷凝器特点：分离效果差2019/10/4184.精馏原理（一次部分汽化t-x-y）x或y温度t0100组分％ABFLCG泡点线露点线xFyFt1x1y1xwP＝定值2019/10/4194.精馏原理4.2多次部分汽化2019/10/4204.精馏原理（多次部分汽化）xFx1x2x3y1y2y3y3或xD分离器分离器分离器加热器加热器冷凝器冷凝器冷凝器加热器2019/10/4214.精馏原理（多次部分汽化t-x-y）x(y)温度t0100组分％ABFLxFy3t3x1y1xwP＝定值123y2x2x3t2t12019/10/4224.精馏原理（多次部分汽化）xFx1x2x3y1y2y3y3或xD多次部分汽化的缺点：流程过于庞大；设备费用极高；部分汽化需要加热剂；部分冷凝需要冷却剂；能量消耗大；纯产品的收率很低。2019/10/4234.精馏原理4.3多次部分汽化带回流2019/10/4244.精馏原理（多次部分汽化带回流）原料V0L1V1L0Vn-1VnLnLn-1L3V2Vn-2冷源加热蒸汽L’0L’1L’2V’1V’2V’3V’n-1L’n-1V’nL’n热源2019/10/4254.精馏原理（带回流多次部分汽化t-x-y）x(y)温度t0100组分％ABFLxFy3x1y1xwP＝定值y2x2x31232019/10/4264.精馏原理（多次部分汽化带回流）2019/10/4274.精馏原理（多次部分汽化带回流）塔板的作用塔板的作用是提供气液分离的场所；每一块塔板是一个混合分离器，并且足够多的板数可使各组分较完全分离。因此每一块塔板是一个混合分离器，经过若干块塔板上的传质后（塔板数足够多），即可达到对溶液中各组分进行较完全分离的目的。2019/10/4284.精馏原理（多次部分汽化带回流）回流的作用回流的主要作用就是提供不平衡的汽液两相，而构成汽液两相接触传质的必要条件。精馏塔内由于塔顶的液相回流和塔底的汽相回流，为每块塔板提供了汽、液来源。2019/10/4294.精馏原理4.4氧、氮混合物汽液相平衡曲线2019/10/4304.精馏原理4.5氧、氮混合物汽液相平衡曲线2019/10/4314.精馏原理4.6氧、氮精馏2019/10/4324.精馏原理4.7筛板工作示意图2019/10/4335.精馏设备与操作精馏塔分类板式塔精馏塔填料塔2019/10/4345.精馏设备与操作板式塔2019/10/4355.精馏设备与操作填料塔2019/10/4365.精馏设备与操作5.1填料塔填料塔以填料作为气液接触元件，气液两相在填料呈中逆向连续接触。2019/10/4375.精馏设备与操作填料分类填料实体填料网体填料拉西环θ环十字环螺旋环短拉西环鲍尔环-阶梯环鞍形填料弧鞍形（马鞍）填料矩鞍形（槽鞍）填料波纹板填料栅条填料θ网环双层θ网环压延孔环网鞍填料波纹网填料空分设备用2019/10/4385.精馏设备与操作填料塔特点：1.压力降小，生产能力大。由于它是规整结构，故压力降较—般乱堆填料低，因而空塔速度可以提高。2.由于其结构紧凑，具有很大的比表面，且填料的结构能促进气液分布均匀化，使传质效率提高。3.操作弹性大。2019/10/4395.精馏设备与操作空分设备中的填料及内件2019/10/4405.精馏设备与操作空分设备中的填料及内件——波纹板填料2019/10/4415.精馏设备与操作空分设备中的填料及内件——填料支撑2019/10/4425.精馏设备与操作空分设备中的填料及内件——填料压圈2019/10/4435.精馏设备与操作空分设备中的填料及内件——液体收集器2019/10/4445.精馏设备与操作空分设备中的填料及内件——液体分布器2019/10/4455.精馏设备与操作5.4操作5.4.1板式塔正常鼓泡：蒸汽上升的速度达到一定数值后，塔板上就会出现全面均匀的鼓泡，气体激烈的搅动着液体，使液体呈薄膜状半悬浮地运动着，气、液相接触最好。同时有少量的液体被喷成雾沫分散在气相中。2019/10/4465.精馏设备与操作不均匀鼓泡：蒸汽上升的速度较小，只能在塔板上的局部地区以链状气池的状态穿过液层，鼓池地区也是不固定的，在不鼓泡地区液体将从小孔中漏下。不均匀鼓泡义称液漏现象。在不均匀鼓泡时气、液相的接触很差，是设汁和操作时不允许出现的。2019/10/4475.精馏设备与操作雾沫夹带：蒸汽速度进一步增大，或板间距太小，没有足够的使气、液分离的空间时，蒸汽将夹带着液体上升到另一块塔板上，使塔板效率降低，这种情况称雾沫夹带，在筛板塔设计中是不允许的。2019/10/4485.精馏设备与操作液泛：蒸汽速度过大，使塔板阻力过大，液体不能从上—块塔板流到下一块塔板，气、液相间的对流停止，精馏工况被破坏，这种情况称为液泛。液泛是塔板设计及操作时绝对不允许的。2019/10/4495.4.2填料塔可用填料层的△p/z~u关系图来说明，下转折点称为“载点”，上转折点称为“泛点”，将△p/z~u关系线分为三个区域。①恒持液量区持液量：操作时单位体积填料层内持有的液体体积。气速较低时，液体的流动与气速无关，所以持液量不变。2019/10/450②载液区气速增大到一定时，气流开始阻碍液体下流，持液量开始增加，出现拦液现象，此点为载点。③液泛区气速再增大时，液相变为连续相，气相变为分散相，双膜传质变为鼓泡传质，出现液泛现象，此点为泛点。2019/10/4516.故障及维护正常运行中的塔应主要是操作原因或操作不当造成设备的损坏等精馏塔投运应从小负荷开始调试，达到要求后，逐渐提高负荷。检查采出量是否合理。如果核算结果采出量大于合理采出量。首先应在全回流条件或采出量减小条件下操作，使塔顶达到分离指标。在塔顶产品达标的前提下，逐渐加大采出，同时提高回流比，以保证塔两端的分离要求。2019/10/4526.故障及维护当塔两端均达到要求后，可逐渐提高进料量，使之达到设计能力。塔板或填料堵塞。2019/10/453总结空分精馏分离是利用组分的沸点不同。相平衡原理。空分装置中的精馏设备。