[经管营销]空分操作基础知识培训.ppt

《[经管营销]空分操作基础知识培训.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《[经管营销]空分操作基础知识培训.ppt（51页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、空分操作基础知识培训,一、空分装置：,采用低温精馏法从空气中将氧、氮、氩等气体分离出来的装置；,二、氧、氮、氩在国民经济产业链中的用途：,氧气在冶金工业中的作用节能 提高产量和质量 环保,电炉用氧：可以加速炉料的融化 杂质的氧化 提高产量和质量 电炉吹 1m3标态氧节电5-10kw.h,转炉炼钢法（LD法）：吹入高纯氧，与碳、磷、硫、硅等元素发生氧化反应，降低钢的含碳量，清除了磷、硫、硅等杂质，利用反应热来维持冶炼过程所需要的温度；冶炼时间短，产量高；吨钢耗氧：50-60m3；,高炉富氧鼓风：可显著降低焦比，提高产量；富氧浓度24-25%；,炼铁采用还原法（COREX）新工艺取代高炉炼铁，单位

2、投资可降低20%，成本下降20-25%，不需要焦炭，废水废气排放减少，利于环境保护；吨铁耗氧：550-650m3；,有色冶金为节能增产，发展自热冶炼，综合利用和保护环境，正在推广氧气冶炼法；,氧气与化工：包括化工工艺用氧、化肥工业用氧、煤化工用氧；,氧气与机械制造、机械加工：切割、焊接用氧；,纯氧曝气工艺污水处理：通过好氧微生物对污水中的有机物进行生化反应使污水得以净化。,氮气用途,冶金工业：连铸、连轧、钢材退火的保护气；转炉顶底复合吹氮炼钢，转炉炼钢的密封，高炉炉顶的密封，高炉炼铁煤粉喷吹用气等。,电子工业：大规模集成电路、彩电显像管、电视机和收录机元件及半导体元件处理的氮气源。,金属加工：

3、光亮淬火、光亮退火、渗氮等热处理的氮气源；焊接及粉末冶金烧结过程中的保护气等。,化肥工业：氮肥原料；置换、密封、洗涤、保护触媒等用气。,食品保鲜：粮食、水果等充氮贮藏与保鲜；肉类、乳酪保鲜包装；,化学工业：置换、清洗、密封、检漏、干法熄焦中的保护气；催化剂再生、石油分馏、化纤生产等用气。,氩气用途：,氩气是目前工业上应用很广的稀有气体。,对特殊金属，例如铝、镁、铜及其合金和不锈钢在焊接时，往往用氩作为焊接保护气，防止焊接件被空气氧化或氮化。,在金属冶炼方面，氧、氩吹炼是生产优质钢的重要措施，每炼1t钢的氩气消耗量为13m3。此外，电子工业中也需要用氩作保护气。,随着中国工业化进程深入和对环境保

4、护、节能越来越重视，制氧行业在中国的发展前景广阔；,第一章 空分基础知识介绍：,一、氧气的生产方法：,化学法将氧化物在一定条件下分解，放出氧气；能耗大、产能小，只适应于实验室。,变压吸附法（PSA法）基于分子筛对空气中氧氮组分选择性吸附而使空气分离获得氧气。此法氧提取率低，但流程简单，常温运行，可在用氧现场快速便捷获取氧气。,电解法以水为原料将水电解而生产氧气。在电解槽的水中通入直流电，使水电离，氧积聚在阳极，氢积聚在阴极，每制取1m3氧同时可制取2m3氢气；,空气分离法：以空气为原料，将氧氮组分分离而得到氧气、氮气；,低温法此法将空气压缩、冷却、净化、换热，进而使空气液化，在精馏塔中利用氧氮

5、组分沸点不同，使气液接触，进行质、热交换，从而获得高纯氧和高纯氮。此法产量大、能耗低，在工业上得到广泛利用。,二、气体知识介绍：,物质通常以气、液、固三态存在，每种物质在不同的温度压力条件下可处于其中任一状态。,气体的基本状态参数：,温度表示物质冷热程度；温度的数值通过温标实现；-温标确定了温度的0点和单位；-常用温标介绍；,摄氏温标（t）分度的方法规定在标准大气压下水的冰点为0度，沸点为100度，把汞在这两点的液柱长度分为100等分，每一等代表1度。,热力学温标（K）又称绝对温标，分度的方法规定在标准大气压下水的三相点为273.16度，沸点与三相点间分为100格，每格代表1度，把-273.1

6、6度定为绝对零度。,仪表所显示的温度均为摄氏温度，而工程计算必须采用绝对温标；,两者换算关系：t=K-273.16 K=t+273.16,压力单位面积上的作用力，压力的方向总是垂直于容器的器壁；-常用单位介绍；,标准大气压（atm）:温度为0度时，纬度45度海平面上大气的平均压力。,工程大气压（at）：工程技术上常用的压力单位，指1cm2面积上作用1kg力而产生的压力；kg.f/cm2；,国际单位：1m2的面积上1N的力而产生的压力，记作Pa（帕）,换算关系：1atm=1.013*105Pa 1at=0.981*105Pa 1mmH2O=9.81Pa 1bar=105Pa,绝对压力：容器内气体

7、对容器壁的实际压力；,表压力：容器内气体实际压力高于大气压力的值；,真空度：容器内气体实际压力低于大气压力的差值；,换算：P绝=P表+P大气 P绝=P大气-P真空度 仪表显示均为表压，实际计算均用绝对压力；,质量体积：,质量体积单位质量的气体所具有的容积；用“v”表示；单位：m3/kg;,气体密度：单位容积的气体质量，称气体的密度；用“”表示；单位：kg/m3；,气体在不同的压力、温度条件下，拥有不同的质量体积和密度；,气体基本定律气体状态发生变化时，气体基本状态参数P、v、T三者之间的关系的定律；,理想气体：指压力不高温度不太低的情况下，气体分子本身所占的体积和相互的作用可忽略不计，这种状态

8、的气体。=自然界不存在理想气体；,在一定温度下，气体在各状态下的压力与质量体积成反比；,在压力一定下，气体在各状态下的质量体积与绝对温度成正比；,在体积一定下，气体在各状态下的绝对温度与压力成正比；,热力学能工质是由分子组成，其内部分子不停的运动而具有动能，分子之间相互存在作用力因而具有位能，分子动能和位能之和叫热力学能（内能）；,焓工质在流动过程中，后面的气体对前面的气体有推动的功，因而具有流动能，焓是气体内能与流动能之和；,熵一块炽热的铁会自然冷却，水会自然从高处流向低处，它们的逆过程均不会自发进行（自发过程），这种有方向性的过程叫“不可逆过程”，熵：是可以度量“不可逆过程”前后两个状态不

9、等价性。,S=0时，表示绝热；S0时表示过程放热；S0时表示过程吸热；,气体的热力性质图：,T-S图：,等压线P=P临,等焓线,T,S,T临,干饱和蒸汽线,饱和液体线,过冷液体区,A,B,C,湿蒸汽区,K临,P1,P2,PX,等压和等温线,未饱和蒸汽区,饱和液体汽化阶段加热时，温度不变，压力为一水平线；,压力越高，汽化温度也越高；,压力越高，饱和液体与饱和蒸汽的差别就越小，汽化阶段越短；,湿蒸汽区，一定压力对应一定的饱和温度，但随吸热多少不同，蒸汽含量也不同；,气化率：1公斤湿蒸汽中所含的饱和蒸汽的数量；,已知气体的两个状态参数即可确定气体的状态；,二、空气的液化,任何物质在不同的条件下都可以

10、在气态 液态 固态三者之间转换，这种状态变化叫“相变”。,产生相变的基础是温度和压力。,空气和空气中的氧、氮、氩 等组分在1标准大气压下，只要温度降低到一定程度，都可以以液态 固态状态呈现；其对应的温度叫液化温度和凝固点；如图：,气体液化温度与压力有关：压力越高，其对应的液化温度就越高，就越容易液化，这是空分装置实现空气分离的原理基础；,压力提高使液化温度提高是有限制的，当压力再提高液化温度也不再提高时，此时的压力即是该物质的临界压力，其对应的温度叫临界温度，其对应的点叫临界点；,产生相变的原因：物质均是由分子组成，分子相互间具有作用力，当分子间相互作用力增强，使它无法自由乱跑时，这时物质呈液

11、态或固态存在；因此物质所处状态是取决于内部分子能量大小；,空气实现液化的前提条件：获取冷量；,自然界规律：热只能从高温物体传给低温物体，其逆过程不能自发进行；,用人工的方法，付出一定代价，靠消耗功对气体进行压缩再膨胀获得低温，这个过程叫制冷；,获取冷量的方法：节流效应制冷量 膨胀机制冷量 氟利昂冷冻机制冷量,冷冻机制冷量靠氟利昂冷冻机从装置内带走的一部分热量；（预干燥）,膨胀机制冷量膨胀机靠高压气流推动叶轮，带动同轴增压机而对外做功，使装置内能量减少的数值叫膨胀机制冷量；,节流效应制冷量进装置压力较高的气体在装置内经过各个设备、管路、阀门后，最后成为压力较低的气体离开装置带走的一部分能量；如图

12、：,A、1-2是等温压缩过程(T不变P升高，气体内部动能不变，位能减少）；B、2-3是等焓节流过程；C、3-1空气换热过程；,等温压缩节流循环焓-温图,1,2,3,P2,P1,h,T,h1,h2,冷却,T1,P1,P2,T2,T1a P1a h1a,换热器,节流过程：流体流动遇到局部阻力而造成压力有较大的降落过程，实现这一过程的设备叫节流装置；,节流特点节流后，压力、温度降低；温降是靠节流后动能减少，位能增加获得；未对外做功；节流过程速度快，可视为绝热过程；节流后动能减少位能增加，所以节流前后总能量未变（焓值未变），因此节流过程又叫等焓节流；节流阀结构简单，可工作在气液两相区；,影响节流温降的

13、大小因素：,节流前温度越低，温降越大，液体节流伴随相变温降更大；,节流前后压差越大温降越大；,节流效应制冷量大小与进装置的空气温度有关：温度越高（相同压力下）节流效应制冷量越小；,膨胀机制冷的特点对外做功，焓值降低，温度、压力大幅下降；对外做功通过增压机回收，绝热膨胀过程熵不变，等熵膨胀过程；,膨胀机单位制冷量每公斤膨胀气体的制冷量；,膨胀机总制冷量膨胀量*单位制冷量+节流效应制冷量；,膨胀机制冷效果与那些因素有关：,膨胀量大制冷量大；,进出口压力一定时，机前温度高，单位制冷量大；,机后温度和机后压力一定时，机前温度低，单位制冷量少；,膨胀机后压力越低，则膨胀机内压降越大，单位制冷量越大；,液

14、化循环：,要使空气液化必须经历一个“低温液化循环”过程才能实现。,等温压缩 绝热膨胀降温 等压换热,低温液化循环获得冷量必须耗功，耗功的大小代表着循环的经济性。,由于制冷存在摩擦损失、换热存在传热温差，所以，实际液化循环耗功，永远大于理论液化循环耗功；循环效率,提高 循环效率：压缩机等温效率 膨胀机等熵效率 换热器换热效率 装置保温效率,空气液化循环类型：,以节流为基础的液化循环。德国：林德,以等熵膨胀和节流为基础的液化循环。法国：克劳特,以等熵膨胀为基础的液化循环。苏联：卡皮查（低压透平膨胀机循环）,卡皮查液化循环示意图：,6,41,1,2,3,4,5,1,1,2,3,4,5,6,T,S,1

15、-2表示等温压缩；,2-3表示高压空气在换热器换热被冷却；,3-5表示高压空气在液化器继续冷却；,3-4表示高压空气在膨胀机膨胀；,5-6表示高压空气在节流膨胀；,4-1表示未液化空气在换热器复热；,现代大中型制氧装置均是在卡皮查液化循环的基础上发展而来；,P1,P2,h1,h2,h3,三、空气的分离,低温法分离空气制氧主要分为两个步骤：首先使加工空气液化继而利用氧氮等组分的沸点差，采用精馏的方法使空气分离获得氧氮；,过冷液体：低于沸点的液体；过冷液体的温度与沸点的差值叫过冷度；,沸点（饱和温度）：液体沸腾（蒸汽凝结）时的温度，其对应的压力叫饱和压力；,过热蒸汽：高于沸点的蒸汽；过热蒸汽的温度

16、与沸点的差值叫过热度；,液体在沸腾时，液体温度不变，所加热量全部转为液体分子逸出液相所需的能量；,蒸汽液化和液体汽化，该阶段温度虽维持不变，但必须放出热量或吸收热量才能让物态发生变化，这个热量无法按公式用热容的方法来计算，习惯上叫“潜热”；,1kg饱和液体全部汽化成干饱和蒸汽所需的热量叫“汽化潜热”；反之叫“冷凝潜热”；,汽化潜热的大小与物质的种类和压力有关，压力越高汽化潜热越小；,比热容单位物质温度每升高1度所需要的热量；,3.2、分离混合气体的耗功与分离后气体纯度密切相关，纯度越高，耗功越大；,3.1、空气分离最小功：气体分离必须消耗外功，理论最小分离功与实际分离功越相近，分离越完善，不可

17、逆损失越小；,气液相平衡机理：,密闭容器中的水，任一温度下动能较大的分子能克服分子间的引力逸出液面，而蒸汽分子在液面空间上做无规则运动，互相碰撞，其中一部分蒸汽分子会接近液面，被液相中分子吸引，重新回到液相，当分子逸出与回归液相分子数目相等时，容器中液相与液面上蒸汽建立了平衡，称气液相平衡，其对应的压力叫饱和蒸汽压，对应的温度叫饱和温度；,单一组分对应于一定温度只有一个饱和蒸汽压，其随温度升高而增大；,在同一温度下，饱和蒸汽压高的物质说明它的分子从液体中蒸发的多，这样的组分叫易挥发组分；反之叫难挥发组分；难易是相对而言的；,取两个状态参数为坐标的状态图来表示其性质，叫 相平衡图；,氧、氮是可以

18、完全互溶，所以，液空可称为氧氮二元溶液；,温度-浓度图（T-X-Y图)：取温度为纵坐标，浓度X、Y为横坐标，将实验得出在一定压力下，混合物达到气液平衡时，气液相浓度关系；,在溶液相平衡系统需要几个状态参数才能确定他的状态，这个规律叫相律；它说明了物系中各相达到平衡时，物系的自由度数与组分数及相数的关系；,氧、氮物系状态参数“压力、温度、浓度”三个变数中需确定其中两个状态参数方能确定混合物的状态；,1、任一浓度下氧氮混合物的沸点，即不=同压力下纯氧的沸点，也不=纯氮的沸点，而是介于两者之间；,2、气液混合物的冷凝温度随冷凝过程而逐渐降低，而液体沸腾温度随汽化过程而逐渐升高；,3、在冷凝过程或沸腾

19、过程中，液相和气相的浓度是在不断变化中，但气相中氮浓度始终大于液相中的氮浓度；,4、压力越低，气相线与液相线距离越远，表示在气液平衡时，气液相浓度差越大，越易分离，所需塔板数越少；,5、气液平衡一般均在等下进行，一定压力下气液平衡时，液相的沸点与物相的浓度有关；,6、在一定压力和温度下，处于气液平衡状态的气相浓度与液相浓度是固定的；,温度-浓度图（T-X-Y图),T,%N2浓度,液相线,气相线,湿蒸汽区,过冷液体区,过热蒸汽区,双等压线,P=0.05Mpa,P=0.1Mpa,P=0.2Mpa,为了让部分蒸发和部分冷凝的过程得以持续下去，可将各容器中一部分液体引回到前面一个容器，最后一个容器所需

20、的补充溶液，可从主冷凝器中冷凝液中取出一部分回流使用；这种引回的液体叫回流；,空气简单蒸发和冷凝，部分蒸发和冷凝均不能获得足够持续的高纯氧氮，若想得到足够持续的高纯氧氮，必须采用精馏的方法；,精馏：利用氧氮两种组分沸点的不同，进行多次的液体部分蒸发和多次的蒸汽部分冷凝的过程，达到分离氧氮的目的叫精馏；,精馏过程的实质：在某一压力下，让互不平衡的二元溶液的蒸汽和液体接触，传热传质，蒸汽和液体的浓度不断变化，直至它们平衡为止；,回流是精馏的必要条件，蒸汽与回流液存在着温度差、浓度差。蒸汽与回流液在每一块塔板上进行热质交换，低沸点氮蒸发，高沸点氧冷凝，到塔底部获得高纯氧，在塔顶部获得高纯氮，使精馏塔

21、沿着塔高得到一个稳定的浓度梯度和温度梯度。,回流比,分离空气的精馏塔又叫空分塔，有两种形式：单级精馏塔和双级精馏塔；,工作回流比介于最小回流比和最大回流比之间；,筛板塔气液流动工况：蒸汽穿过筛板上的孔，从液层中鼓泡通过，气液互相接触，传热传质，液体则通过溢流装置，逐层下流；,筛板上气层分为三个区域：鼓泡层 泡沫层 雾沫层（雾沫夹带）；,三个区域大小随气流速度大小而定；流速大，泡沫层扩大，传质区扩大；,以液空进料口为界，上塔分为精馏段和提馏段；,填料塔气液流动工况：蒸汽从下向上升，液体从上向下流，在填料的表面和空隙内充分接触，进行热质交换；,填料塔传质规律双膜理论：两相流均无阻力存在，整个相际间

22、的传质过程的阻力全部存在于气膜和液膜之中，膜内的传质过程归结为分子扩散过程，两膜层的阻力大小决定了传质速率的大小，这样就使复杂的相际传质过程简化为双膜中分子扩散过程；,填料塔与筛板塔比较：,1、流动和传质机理不同：筛板塔精馏只在每块塔板的液池中进行逐板阶段式传热；填料塔精馏是下流液体与上升蒸汽在填料表面以双膜扩散机理进行连续性传质；,2、填料塔生产能力大；,3、填料塔分离效率高：其属膜状传热传质，阻力小，比表面积大，气液接触充分，因而分离效率高；,4、压降小，节能：其阻力为筛板塔1/5；,5、压降小，节能：操作弹性大，负荷变化范围50-110%；,6、持液量小：占塔液体量5%；,7、操作方面：

23、精馏工况建立快；短期停车恢复快；产品提取率高；,8、缺点：规整填料塔高，价格贵；,四、换热原理,空分装置换热设备很多，它们的性能直接影响装置的经济指标；,换热器种类很多，按换热原理分：,混合式换热器冷热流体通过直接接触进行热量交换；水冷塔、空冷塔、循环水冷却塔；,蓄热式换热器冷热流体交替通过传热表面，当热流体通过时，将热量储存起来，而后冷流体再将热量取走；分子筛蓄热器；,间壁式换热器冷热流体被固体传热表面隔开，而热量的传递通过固体传热面进行；其又分为：管式换热器、板式换热器、板翅式换热器；,按流体状态变化分：,传热双方都没有相变：如：主换热器是气体与气体之间的换热；,仅有一侧发生相变：如：液化

24、器；,传热双方都有相变：如：主冷凝蒸发器；,传热基本方式：热量从高温物体向低温物体传递有三种方式；,1、导热传热在固体内部纯粹靠分子碰撞进行热量传递的一种传热现象；（导热在液体和气体中也能进行，但只能发生在静止的流体上）；,A、影响导热的因素：,a、热导率大物质，导热能力越大；导热系数差的固体可作为绝热材料；,b、传热面积大，导热能力越大；,c、传热温差大，导热能力越大；,d、传热距离越短，导热能力越大；,B、导热材料比较：,a、金属的导热率最高,如:铜、铝合金；,b、其次是非金属；,c、再其次是液体；,d、最后是非气体；,导热传热对流传热辐射传热,5、具有相变的对流换热具有很强的换热能力；,

25、影响换热系数的因素：,2、流体流动状态：层流、紊流、过渡流，紊流流动激烈使传热强化；,3、强迫流动换热系数大于自然流动的换热系数；,4、流体流速越高，扰动越大，换热系数越大；,1、与流体的相对流向有关：顺流 逆流 叉流 逆流布置冷热流体间具有最大的平均温差，即换热量最大；顺流最小；,6、间壁的导热系数降低，同样影响换热系数下降；,2、对流传热由于流体本身流动，将热量从流体的一部分传递到另一部分的现象，其热量的转移是依靠流体流动的位移而进行的；,A、影响对流传热的因素：,a、流体换热系数高，传递热量能力越大；,b、传热面积大，传递热量能力越大；,C、传热温差大，传递热量能力越大；,d、冷热流体的

26、比例；,3、辐射传热热量不借任何介质传递，而直接由热源以电磁波的形式辐射出来被另一物体部分或全部吸收而转变成热能；,间壁式换热器传热：,传热过程热量从热流体传给壁面，壁面再传给冷流体；,强化传热的措施：,加大平均温差；增加传热面积；提高传热系数；增加流体的扰动；提高流体的流速；使用热导率高的材料；,低温换热器的特点：,小温差传热（冷损小，能耗低）；允许阻力小；高效率换热；对流传热为主；低温换热器材料为铝合金、铜、不锈钢，即耐低温，热阻又小；低温流体随T和P变化，物性变化激烈；,五、空气的净化,空气是多组分的混合气体，除氧、氮及稀有气体外，还含有：水蒸气、二氧化碳、乙炔、碳氢化合物、少量灰尘等固

27、体杂质；,杂质对空分装置的危害：,固体杂质：磨损空压机运动部件，堵塞冷却器，降低空压机效率；,水蒸气和二氧化碳：随加工空气冷却过程首先会冻结析出，堵塞设备和通道，使空分装置无法生产；,乙炔、碳氢化合物：其在空分装置内积聚将导致爆炸；,为保障空分装置安全稳定运行，需要采取各种措施，去除空气中杂质；,1、固体杂质的去除：净除对象：颗粒直径在100-0.1um的尘粒；,a、除尘装置设置位置：空压机吸风口处设置空气过滤装置；,b、空气过滤器种类：,干式过滤器：靠织物网眼阻挡尘粒；,湿式过滤器：靠油膜粘附灰尘；,C、干式过滤器种类：干袋式空气过滤器 袋式空气过滤器 自洁式过滤器；,D、过滤器性能指标：除

28、尘效率 阻力 过滤器容尘量,除尘效率：过滤器所捕集的尘量占气体总带入量的百分比；,阻力：通过过滤器的阻力，越小越好。阻力增加，空压机能耗增加，除尘效率也会下降；-增加滤料的面积可降低阻力或延长使用时间；,容尘量：滤料开始工作直到需要更换滤料的时间内，过滤器单位面积所捕集的尘量；,2、水分和二氧化碳的去除：切换式换热器自清除法；吸附法；,a、切换式换热器自清除法：空气通过切换式换热器时，空气从常温冷却到-172度，空气中的水分和二氧化碳已经冻结在换热器通道内，经一定时间间隔自动切换，让返流干燥污氮该通道，使冻结的水分、二氧化碳在该气流中蒸发或升华而被带走以保证该通道畅通；（060度为水分析出区；

29、-70172度为CO2析出区；,b、吸附法：,在一定条件下，水蒸气含量已达最大值的空气叫饱和空气；,空气中最大水蒸气的含量仅与温度有关，随温度升高而升高，当压力提高温度不变时，1m3饱和水含量不变，但对1kg空气来说，压力提高，水分含量减少；,一定温度下空气最大含水量所对应的水蒸气分压力，叫饱和蒸汽压；,水蒸气分压力对应的叫饱和温度叫露点；,1m3空气中水蒸气含量，称绝对湿度；,1m3空气中含水量与相同温度下饱和含水量之比，称相对湿度；,吸附：某种物质的分子在一种多孔固体表面浓聚的现象；,吸附质：被吸附的物质；吸附剂：具有多孔固体表面的吸附相；,吸附剂：具有多孔固体表面的吸附相；,吸附剂：具有

30、多孔固体表面的吸附相；,吸附剂在吸附的过程中放出的热量，称吸附热；,吸附剂在解吸的过程中需要吸收热量，称脱附热；,吸附热和脱附热相等；,空气分离常用的吸附剂：硅胶 活性氧化铝 分子筛；,硅胶：吸水性很强，吸附热很高，温升后易破碎，常做干燥剂使用；,活性氧化铝：吸水性很强，耐磨抗冲击，不易破碎，解吸热低；,分子筛吸附特点；,选择吸附：吸附小于其孔径的分子；,干燥度很高：可以获得露点更低的干燥空气（-70）；,有共吸附能力：在吸附水的同时，还能吸附乙炔和CO2 及其它碳氢化合物；,分子筛具有高的稳定性：在温度高达700度时仍具有不熔性的热稳定性，除酸和强碱外，对有机溶剂具有强的抵抗力，遇水不会潮解

31、；,用简单的加热可使其再生；,吸附现象吸附质分子扩散到吸附剂表面，在表面力的作用下而在表面积聚；,吸附初期，被吸附的分子数较多，随时间推移直至吸附剂丧失吸附能力，即吸附达到饱和，此时吸附剂所吸附的吸附质的量称静吸附容量；,静吸附容量：随温度降低而增加，随压力升高增加；,吸附过程：气体通过吸附剂层时，不是所有吸附剂同时发生吸附作用，而是首先在气体入口处一薄层内发生吸附作用，这一薄层叫吸附带，随时间推移，吸附带向出口推移，一旦吸附带的前沿达到吸附器出口，流出气体中的吸附质含量将迅速增加，与初始浓度相同，这一点叫转效点；,动吸附容量：从吸附开始到转效点时间内，吸附剂对吸附质的平均吸附量；其与吸附带长

32、度和移动速度有关；操作中掌握转效时间很重要；,由于气体流动不可能有足够时间使吸附剂所有表面都达到平衡，所以动吸附容量永远小于静吸附容量；,影响动吸附容量的因素：,温度：随温度升高而下降；,压力：随压力升高而升高；,流体流速：随流体流速升高而下降；,再生完善程度：再生越彻底，吸附容量越大；再生温度高，压力低，解吸气体吸附质含量低，再生效果越好；但再生温度高，能耗也高，同时将使分子筛使用寿命缩短；,吸附剂床层高度：吸附剂床层高度适当；,吸附剂解吸方法：,加热再生法（TSA)：用加热气体使吸附剂升温，供给吸附质分子能量，使之脱附。这是利用吸附容量随温度升高而减少的原理实现解吸；,变压再生法（PSA)

33、：在吸附进行时操作压力较高，解吸时为常压或抽真空，以降低吸附质的分压使吸附质分子脱附。这是利用了随吸附质分压力下降，吸附容量减少的规律；,六、空气压缩系统,1、空压机在制氧流程中的作用：,A：提供制氧所需的原料空气；,B：提供空气分离过程中所必须具备的能量；,2、压缩机按工作原理分类：,A：容积式,靠工作容积周期性改变而工作，气体压力的提高是由于气体在压缩机所占据的容积逐渐缩小而获得；,例如：活塞式压缩机,B：透平式,依靠工作部件的高速旋转而工作的，气体在高速部件的旋转作用下，得到巨大的速度能动能，随后又由动能转换成压力能；,结构分类,径流式,轴流式,双轴离心压缩机,单轴离心压缩机,气体在汽缸

34、流道中由动叶片与静叶片构成的流道容积的改变使得气体压力上升，气体从前一级挤向下一级；,离心式压缩机性能曲线：,压缩机随进气条件的改变，其主要工作参数、压力比、效率、功率均会发生变化：,喘振：,管网特性曲线：,管网阻力与流量无关，压力等于定值；例如压缩机向储气罐送气。,管网阻力与流量平方成正比；,压缩机与管网联合工作：,压缩机与管网形成一个能量供给与使用的统一系统，当能量供给与使用相等时，此能量系统才能保持平衡工况。,压缩机用调节的方法改变压缩机对于用户的供给特性，使管网在工况变化的情况下，工况点仍然保持在用户所规定的变化规律上。这个规律叫工况线。,对于不同的压缩机用户，所要求的工况线有三种：,

35、P=定值，流量变化时压力不变；,F=定值，压力变化时流量不变；,压力与流量按一定规律变化；,压缩机常见几种调节方法：,变转速调节；,进口导叶调节；,放气调节在出口管引一旁通管路，或放空，或回流到入口处；-经济性太差，一般只作为防喘振调节使用。,七、制氧流程简介,制氧流程：主要由制冷和精馏两大系统组成；,制氧流程细分可分为十四个子系统：,空气压缩系统作用：A：提供制氧所需的原料空气；B：提供空气分离过程中所必须具备的能量；,空气净化系统作用：A：清除空气中影响空分装置安全运行的有害杂质（机械杂质、水分、二氧化碳、碳氢化合物等物质）；,换热系统作用：A：实现空分装置能量交换和转移；,制冷系统作用：

36、A：提供空气液化所需要的冷量；,精馏系统作用：A：实现氧氮氩分离；,安全防爆系统作用：A：确保空分装置安全稳定运行（安全设施）；,产品气体压缩输送系统作用：A：向终端客户输送产品；,加温解冻系统作用：A：恢复装置正常运行能力；,质量监测系统作用：A：监测生产各工序过程产品质量，确保下道工序安全生产；B、监测终端产品质量，确保客户质量要求；,仪表自控系统作用：A：采集装置运行参数；B、对运行参数进行显示调整、控制；C、提供设备安全保护连锁的功能；,电气和电气控制系统作用：A：提供动力；B、对电气设备的安全保护连锁功能；,循环水质控制系统作用：A：提供合格的循环冷却用水，确保空分装置长期安全稳定运

37、行；,隔热保温系统作用：A：减少装置冷损；,存储系统作用：A：调峰；B、降低放散率；C、备用供应；D、外销；,制氧流程分类：,按产品分类：单高产品流程 双高产品流程 全提取流程,按操作压力分类：高压流程 中压流程 全低压流程,按产品状态分类：气体产品流程 全液体产品流程,按产品压缩形式分类：内压缩流程 外压缩流程,按换热器类型分类：板式流程 管式流程,八、制氧机的安全,安全问题：人身安全 设备安全；,安全宗旨：安全第一 预防为主；,制氧厂安全防范重点：防火 防爆 防冻伤 防窒息 防触电；防超温超压；,安全知识介绍：,危险源的识别：,氧气/液氧：助燃物质；I类火灾危险物质；能与可燃物（乙炔 甲烷

38、）形成爆炸性混合物；氧的化学性质很活泼，能与多数物质发生氧化反应，所以在氧气生产、充罐、贮运、使用场所，要求氧含量小于23%，在氧容易聚集的地方设置通风设备，并对氧气浓度进行监测，要求远离火源、热源；检修时需用空气置换，方可工作；氧气充装站，氧气瓶不允许与其它气瓶混装；氧气设备管道阀门必须脱脂；氧气流速必须控制在安全范围；氧气瓶禁止放在露天场所暴晒；,氮气/液氮：无毒惰性气体 浓度过高导致人窒息，因此在氮气放散和泄漏区域，有致使空气氧含量不足导致窒息危险；有限空间作业时，应用新鲜空气置换且化验合格方准进入工作，且须有一人监护作业；,氩气/液氩：无毒惰性气体 会导致人窒息，氩的密度（1.78kg

39、/m3)大于空气的密度（1.29kg/m3),因此氩气容易积聚在不通风的下方，人们工作休息地方，从而更容易发生窒息；,碳氢化合物：为可燃气体，闪点低，爆炸极限范围宽，在空分装置中一旦发生爆炸危害极大；大气环境监控，以确保空压机吸风口空气含碳氢化合物在允许范围内；分子筛确保对碳氢化合物吸附效果；主冷液氧定期排放、在线监测、定期分析等措施保障对碳氢化合物的控制；,油类：压缩机械均使用透平油和润滑油，系丙类火灾危险性可燃液体；输油系统严防油泄漏；油库要有完善的防火措施，严禁油品在现场随意存放；对未处理过的油箱、油管路严禁动火；,低温液体：空分冷箱内的设备常年在极低温下运行，一旦低温气体、液体泄漏将严

40、重影响装置安全运行；低温气体、液体一旦接触到人体上，均会造成冻伤；,电气伤害（触电伤害 电磁伤害 间接伤害）：触电伤害最为常见，厂区电气设备、电缆、配电装置随处可见，在操作和接触电气设备时，应严格遵守电气安全操作规程，加强设备点巡检；,运转机械：空分装置高速运转机械很多，工作人员在工作时，应注意与机械旋转部位保持安全距离；运转机械在运行过程中应防止设备超温超压；,压力容器：空分装置配备很多用途、不同压力、温度等级的压力容器，气体、液体膨胀系数很大，应严防气体、液体泄漏；压力容器应按国家标准定期进行检验；严防压力容器超压工作，应配备完善的安全保护附件；,防高空坠落：,人身安全防护：人长时间处于富

41、氧环境下，会引起肺充血，严重时将导致死亡，被氧饱和的衣服容易着火，因此，工作人员不要长时间停留在氧放空或泄漏区域；制氧厂区严禁携带火种和吸烟；,冻伤救护：1、当低温液体滴落在皮肤上，应及时用水冲洗掉；若发生冻伤，立即对损伤部位做40-45度的温水浴，绝对不能烘烤；,九、循环水知识,一、水处理基础知识,1、水酸度指水中能与强碱发生中和作用的物质总量。-总酸度；,2、水碱度指水中能与强酸发生中和作用的物质总量。-总碱度；,水中藻类繁殖过程中会吸收水中CO2，使水的PH迅速升高；,3、水硬度指水中所含钙离子Ca2+和镁离子Mga2+的总量叫水的总硬度；,4、工业冷却水的水质要求；,大多数工业生产中用

42、水做冷却介质，因为水的化学稳定性好，不易分解，热容量大，常温下不会产生明显的膨胀和压缩，沸点高不易汽化，价格低，易输送；,水温要低-水温低，用水少；,水的浑浊度要低-水的悬浮物带入冷却水系统，会因流速降低沉积换热器中影响热交换和堵塞通道，加速金属设备腐蚀；,水质不易结垢-换热设备结垢影响传热；,水质对设备不易产生腐蚀-换热设备受腐损坏设备，影响安全生产；,水质不易滋生藻类-藻类繁殖形成粘泥导致换热设备堵塞和垢下腐蚀；,二、工业冷却的前处理：,1、水中杂质无机物 有机物 微生物,2、杂质按颗粒大小分为悬浮物 胶体 溶解物质（离子 分子）；,悬浮物：颗粒较大，密度较小的浮于上，由腐殖质和藻类组成。

43、密度较大的沉于下，由沙子和粘土组成；,胶体物：分子和离子的集合体，在水中不能相互结合成更大的颗粒；,钙离子Ca2+：对于含盐量少的水，钙离子的量常在阳离子中占第一位；,镁离子Mga2+：主要是由含CO2的水溶解了地层中白云石所致；,氯离子Cl-：水流经地层时溶解了氯化物而产生的；,硫酸根SO42-:来自于矿物盐的溶解；,溶解物质：多数是离子和一些可溶性气体；,3、水中各种离子；,重碳酸根HCO3-：主要是水中溶解的CO2和碳酸盐反应后产生的，是水中最主要的阴离子；,钾离子K+和钠离子Na+:统称为碱金属离子，它们的盐类易溶于水；,铁Fe和锰Mn 硝酸根NO3-硅酸H4SiO4,4、各种可溶性气

44、体：CO2 氧 硫化氢H2S,5、工业水杂质去除方法混凝 沉淀 过滤；,沉淀：水中悬浮的固体颗粒依靠本身重力作用，由水中分离出来的过程；,混凝剂：使水中细微悬浮物和胶体微粒凝聚成大颗粒加速其沉淀；,6、水处理化学药剂；,过滤：将含有浊度的原水通过一定厚度的滤料，有效降低水的浊度，使水净化的过程；,助凝剂：为提高混凝效果，通常需复配使用；,7、循环冷却水处理：直流冷却水系统和循环水冷却系统（封闭式与敞开式）；,封闭式循环冷却水处理系统：水不暴露在空气中，水中各矿物质和离子含量一般不发生变化；,允许浓缩浓度越高，节约水量越多；,冷却塔：自然通风 机械通风（抽风型 鼓风型）水滴和水膜形状增加换热；,

45、敞开式循环冷却水处理系统：水的再冷却是通过冷却塔进行，在循环过程中与空气接触，部分水不断被蒸发，因而水中各矿物质和离子含量不断被浓缩增加，为维持各矿物质和离子含量稳定，需补充一定量的补充水，并排出一定量的浓缩水；,热水与空气传热方式蒸发传热和接触传热；,浓缩倍数循环水某离子与补充水某离子浓度之比（选氯离子）；,循环水的损失蒸发损失 风吹损失 排污损失 渗漏损失；,8、循环冷却水系统中沉积物：冷却水在运行过程中，会有各种物质沉积在换热器表面，这些物质称沉积物；,沉积物：水垢（硬垢）污垢（软垢）；污垢（淤泥 腐蚀物 生物沉积物）,水垢：主要为碳酸钙垢；,水垢的控制：从冷却水中除去成垢的钙离子；投加

46、阻垢剂；,污垢的控制：降低补充水浊度；投加分散剂；增加旁滤设备；,水中浊度的形成：空气中的灰尘洗入水中；补充水浊度增加；水质处理不理想产生的浊度；,8、金属腐蚀形态：均匀腐蚀和局部腐蚀；,局部腐蚀：保护膜破裂 金属本身缺陷 水垢局部剥离后造成腐蚀 电化腐蚀,局部腐蚀：点蚀 斑点腐蚀 垢下腐蚀 磨损腐蚀,影响腐蚀因素：,水质影响：水垢可减缓腐蚀；盐类很高，导电增强，腐蚀增加；,氯离子Cl-与硫酸根SO42-增加使腐蚀增加；PH值影响；,溶解气体对腐蚀的影响（CO2高易腐蚀、溶解氧对碳钢的腐蚀、水线腐蚀）,碳钢在冷却水中被腐蚀的主要原因:氧的去极化作用,而腐蚀速率又与氧的扩散速率有关;,水温对金属

47、腐蚀的影响,取决于氧的扩散速率,水温上升10度,则腐蚀速率上升30%;,碳钢腐蚀速率随水流速增加而增加；水流速增加换热增强；流速：1m/s,水中悬浮固体增加，局部腐蚀增加；悬浮固体10mg/L,水中微生物增加，局部腐蚀增加；,9、金属腐蚀控制：,投加缓蚀剂；对碳钢涂料覆盖法；,10、循环水微生物控制：,循环水中最常见的微生物种类：细菌 真菌 藻类,循环水中微生物引起的危害：,形成大量的黏泥沉积物：影响换热 形成水阻使水流量减少 垢下腐蚀,防止日光照射；投家杀菌灭藻剂和黏泥剥离剂,循环水中微生物控制：,循环水处理应是一个综合处理过程，不能片面处理结垢、腐蚀、菌藻滋生问题，因为这几个方面的问题是互

48、相影响、互相渗透，如不全面考虑，会顾此失彼；,10、循环冷却水清洗和预膜：,清洗的目的:,新系统:设备安装过程遗留物:焊屑 建筑物碎片 切削物-影响预膜 促进腐蚀 加速悬浮物沉积,老系统:设备长期运行,当水质处理不理想时:会使换热器表面产生硬垢 金属氧化腐蚀物 菌藻滋生的黏泥,清洗的方法:,物理清洗-人工清洗 冲洗(正向清洗 反向清洗)空气搅动法,化学清洗（酸洗）,酸洗浓度5-10%(盐酸适合碳钢设备 硫酸 硝酸适合不锈钢和铝设备),酸不仅溶解水垢,还腐蚀金属,所以酸洗时要投家缓蚀剂；,酸洗温度高可加快清洗速率(20-30度);,酸 洗后,为防止生锈，需用0、2%NaOH溶液中和，还要用清水冲

49、洗，再进行钝化处理（0、2%钝化液NaNO2）；-酸洗后应马上进行预膜处理；,停车酸洗（酸洗设备 酸泵 酸储槽组成闭路循环系统）；在线酸洗（PH值控制在5左右）-酸洗过程中关注总Fe变化；,化学清洗（碱洗）,新系统开车前，规定要先进行碱洗，去除油污；,碱洗也常用于酸洗后的中和；,设备中有铝和渡锌设备不易碱洗；,化学清洗（投加清洗剂）,循环冷却水系统的预膜:,预膜目的:希望在金属表面上能很快形成一层保护膜,提高缓蚀剂抑制腐蚀的效果;,预膜方法:系统清洗后,换入干净冷却水,并关闭补充水阀和排污阀,再投入一定剂量的预膜剂,按预膜要求,使冷却水在系统中循环运行;-控制PH值在6-6.5,同时要求水中C

50、a2+含量大于40mg/L;,预膜效果检验:采用旁路挂片进行现场检验,观察成膜情况;,循环冷却水系统的正常运行:,正常运行:严格按照设计和药剂要求进行监控,使各项操作指标在允许范围内;,浓缩倍数:提高浓缩倍数可节约补充水和减少排污水,降低水费。排污量减少,水处理药剂减少。但浓缩倍数达到4倍以上时，节约总费用即不太明显，且浓缩倍数越高，水质处理的技术困难就越大；,控制浓缩倍数的方法:每班测定一次选定离子的含量，发现浓缩倍数高于或低于规定值，应加大或减少排污量，也可加大或减少补充水量；,PH值:随浓缩倍数增加，水的PH值逐渐升高呈碱性；,PH值的控制:,浊度的控制:浊度变化反映了水质变化；原因：1