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1、九阳空分车间制氧百题问答,制作：刘言信河南安阳九阳化学公司空分车间二八年十一月十四日,九阳空分4000制氧装置简易流程,1、为什么空气经过压缩和冷却后会有水析出？,在吹除压缩机各级的油水时可以看到，从分离器中总有不断吹出大量水分，这些水是从哪里来的呢？这是由于在每立方米的空气中所能容纳水分量主要取决于温度的高低，而与空气总压力的大小关系不大。,例如，在30和0.1Mpa压力下，空气中水分的饱和含量为30.3g/m3.如果将空气压缩到0.6Mpa,温度仍为30,则在每立方米的空气中水分的饱和含量仍为30.3g/m3.但是当压力提高时,在每立方米的空气中所包含的空气质量增多,水分量也相应增多.而当
2、温度不变时,其饱和含量不变,则多余的水分就会以液体状态析出.对上述情况,1m3压力为0.6Mpa的空气是由压力为0.1Mpa体积为6 m3的空气压缩而成的.在1m3的空气中水分的含量也增加到6倍,也就可以看成是630.3(g/m3)=181.8 g/m3.如果温度不变,空气中仍只能容纳30.3 g/m3水分,则有六分之五的水分将析出.随着压力的提高,析出的水分就越多;冷却效果越好,析出的水分也越多.,2、为什么空气经过冷却塔后水分含量会减少？,对低压空分装置，从空压机排出的压缩空气的绝对压力在0.6Mpa左右，空气经压缩后，单位体积的内含水量增加，使其水分含量达到当时温度所对应的饱和含量。空气
3、在流经空气冷却塔时，随着温度的降低，相应的饱和水分含量减少，超过部分就会以液体状态从气中析出。这部分水蒸气凝结成水，同时放出冷凝潜热，不仅使冷却水量增加，而且水温也会有所升高。但空气出塔温度是降低的，因此，空气在冷却塔中，虽然与水接触，但水分含量反而会减少。,3、用深冷法制氧的设备在安全上有何特点?,利用深冷法制氧,首先要将空气液化,再根据氧、氮沸点不同将他们分离开来。液化必须将温度降到140.6以下。一般空气分离是在-172194的温度范围内进行的。用深冷法制氧的设备有以下特点：1、低温换热器、精馏塔等低温容器及管道置于保冷箱内，并充填有热导率低的绝热材料，防止从周围传入热量，减少冷损，否则
4、设备无法运行；2、用于制造低温设备的材料，要求在低温下有足够的强度和韧性，以及有良好的焊接加工性能。常用铝合金、不锈钢等材料；3、空气中高沸点的杂质，例如水分、二氧化碳等，应在常温时预先清除。否则会堵塞设备内的通道，使装置无法工作；,4、空气中的乙炔和碳氢化合物进入空分塔内，积聚到一定程度，会影响安全运行，甚至发生爆炸事故。因此，必须设置净化设备将其清除；5、储存低温液体的密闭容器，当外界有热量传入时，会有部分低温液体吸热而汽化，压力会自然升高。为防止超压，必须设置可靠的安全装置；6、低温液体漏入基础，会将基础冻裂，设备倾斜。因此必须保证设备、管道和阀门的密封性，要考虑热胀冷缩可能产生的应力和
5、变形；,7、被液氧浸渍过的木材、焦炭等多孔有机物质，当接触火源或给予一定的冲击力时，会发生激烈的燃爆。因此冷箱内不许有多孔性的有机物质。对液氧的排放，应预先考虑有专门的液氧排放管路和容器，不能走地沟；8、低温液体长期冲击碳素钢板，会使钢板脆裂。因此，排放低温液体的管道及排放槽不能采用碳素钢制品；9、氮气、氩气是窒息性气体，其液体排放管应引至室外。气体排放管应有一定的排放高度，排放口不能朝向平台楼梯；10、氧气是强烈的助燃剂，其排放管不能直接排在不通风的厂房内。,4、环境条件变化对空分设备的性能有什么影响？,环境条件包括大气压力、环境温度、大气湿度以及空气中二氧化碳等杂质的含量等。这些条件随地区
6、、气候条件变化，对相同的空分装置也会显示不同的性能。1、大气压力的影响。大气压力在0.1 Mpa附近波动。大气压力降低将使空压机的压缩比增大。大气压力降低0.01 Mpa，会使空压机的压缩比增加6%8%，增加压缩的能耗。此外，由于质量比体积增大（密度减小），空压机的排气量减小，相应的氧产量也会减少，制氧的单位电耗增大。2、环境温度的影响。环境温度升高，会使空压机的排气量减小，轴功率增大。环境温度升高3，轴功率约增加1%。此环境温度升高也会使空压机的排气温度升高，冷损增大，要求有更多的制冷量来平衡冷损，最终会导致能耗增加。3、空气湿度的影响。空气的湿度增大，使压缩机功的一部分消耗在压缩水蒸气上，
7、造成压缩机的轴功率增大。4、空气中杂质的影响。空气中的杂质含量的增加，使得分子筛吸附器净化的负荷增大。,5、采用分子筛吸附净化流程为什么多数要采用制冷机预冷系统？,由于使用了分子筛吸附净化流程，可以把压缩后的空气中的水分、二氧化碳及部分的碳氢化合物在纯化器中被吸附掉，这样，在设计中可以取消液空吸附器和液氧吸附器，从而简化了空分的生产工艺流程，同时也延长了设备的运转周期，提高了涉笔使用率。但是，要使分子筛能够正常工作，对其吸附介质温度要求比较苛刻。因为温度越高，空气中的水分含量越大，增大纯化器的清除负荷。而分子筛的吸附性能随温度升高而降低，所以，分子筛的入口温度必须控制在15以下才能正常工作，一
8、般要在815之间。而普通冷却水很难将空气冷却到这样的温度条件，所以一般都需要增加制冷机预冷系统，才能把空气温度降到815以内，以确保生产顺利进行。,6、什么叫液氧自循环吸附，实现液氧自循环吸附需要什么条件？,液氧自循环是指液体在不消耗外功，即不靠泵推动的情况下形成的自然流动。冷凝蒸发器中的液氧靠循环回路中局部受热，使得内部产生密度差而引起的流动，也叫热虹吸式蒸发器。上塔底部的液氧经吸附器后与热虹吸式蒸发器相连，蒸发器的顶部又连至塔的下部的蒸汽空间，构成一个循环回路。当蒸发器管内的液氧吸收热量而达到饱和时，开始汽化，随着吸热量的增多，气化量逐渐增大，在出口达到最大值，从开始气化到气化量达到最大值
9、的这一段称为蒸发段。在蒸发段内，由于气液混合物的密度要比塔底液体的密度小的多，因而塔底的液体与蒸发器内气、液混合物之间产生一个静压差，推动液体自塔底自然的流向蒸发器。而蒸发器内的气、液混合物又不断的返回到塔内，便形成了液体的自然循环，不需要靠液氧泵的推动。蒸发器的热源可用下塔的气氮，即为冷凝蒸发器。因而循环吸附系统有阻力，为此，由密度差产生的静压差应能克服循环系统流动所产生的阻力。阻力越小，循环的液体量越大。因此，只有循环量能够满足安全生产工艺的要求（循环量大于1倍的氧产量时），液氧自循环吸附系统才能实现。,7、液氧贮槽有何作用，它所能提供的氧气量如何换算？,答：大型制氧机一般具有生产少量液氧
10、的能力。产生的液态产品贮存在贮槽中，除可外销外，更主要的是作为生产保安供氧用。当制氧机发生故障时，突然停止生产时，可靠液氧汽化，进行紧急供氧。液氧的密度为1140kg/m3，氧气的密度为1.429 kg/m3。因此，每1 m3液氧汽化后约可提供800 m3氧气，有相当大的供气能力。但是，在紧急时，要求快的供气速度，所以在液氧贮槽后还需要有加热汽化装置。对于有液氮、液氩产品的装置，液态与气态的体积关系为：液氮密度=810 kg/m3，气氮的密度=1.25 kg/m3，所以1 m3液氮可产生648 m3的气氮；液氩密度=1400 kg/m3，气氩密度=1.783kg/m3，所以 1 m3液氩可产生
11、785 m3的气氩。,8、为什么空分设备在运行时要向冷箱内充惰性气体？,在空分装置的冷箱中充填了保冷（绝热）材料，而保冷材料（珠光砂）颗粒之间的空隙中是充满了空气。空分设备在运行后，塔内的设备处于低温状态，保冷材料的温度也随之降低。由于内部的气体体积缩小，保冷箱内将会形成负压。如果保冷箱密封很严，在内外压差作用下很容易使箱体被吸瘪。如果保冷箱封闭不严，则外界的湿空气很容易侵入，使保冷材料变潮，保冷效果变差，空分设备的跑冷损失增加。一般的保冷材料采用珠光砂，其热导率约为0.040W/（M.）左右；而冰的热导率是2.2 W/（M.），可见要增大50多倍，所以，为了防止湿空气及空气中的水分在管道和保
12、冷箱壁冷凝而侵入，在空分装置运行时，要向保冷箱内充干燥的惰性气体（氮气或污氮），保持保冷箱内为微正压，约为200500Pa。,9、全低压空分设备中膨胀机产生的制冷量在总制冷量中占多大的比例？,全低压空分设备的工作压力在0.6 Mpa左右，因此，节流效应制冷量很小。对每立方米加工空气而言，只有1.36kj/m3。而装置的跑冷损失对每立方米加工空气而言在4.27.5 kj/m3，热交换不完全损失当热端温差为3时，在3.9 kj/m3左右，所以，对不生产液体产品的空分设备，总冷损失在8.111.4 kj/m3。由此可见，在总冷损中，绝大部分要靠膨胀机制冷来弥补，所需的膨胀机制冷量为6.7410.04
13、 kj/m3，占总制冷量的85%90%，节流效应制冷量占1015%。当装置在启动时，或生产部分液态产品时，则全靠增大膨胀机的制冷量来弥补，这时将占更大的比例。,10、为什么主冷液氧面的变化是判断制氧机冷量是否充足的主要标志？,空分设备的工况稳定时，装置的产冷量与冷量消耗保持平衡，装置内各部位的温度、压力、液面等参数不再随时间而变化。主冷是联系上、下塔的纽带，来自下塔的上升氮气在主冷中放热冷凝，来自上塔的回流液氧在主冷中吸热蒸发。回流液量与蒸发量相等时，也面保持不变。加工空气在进入下塔时，有一定的“含湿”，即有小部分是液体。大部分空气将在主冷中液化。对于低压空分设备，进下塔的空气是由出主热交换器
14、冷端的空气和经液化器的空气混合而成的；在正常情况下，它们进塔的综合状态都有一定的“含湿量”（液化率）。进塔的空气状态是由空分设备内的热交换系统和产冷系统所保证的。,当装置的冷损增大时，制冷量不足，使得进下塔的空气含湿量减小，要求在主冷中冷凝的氮气量增加，主冷的热负荷增大，相应的液氧蒸发量也增大，液氧面下降；如果制冷量过多，空气进下塔的含湿量增大，主冷的热负荷减小，液氧蒸发量减少，液氧面会上升。因此，装置的冷量是否平衡，首先在主冷液面的变化上反映出来。当然，主冷液氧面是冷量是否平衡的主要标志，并不是唯一标志。因为在液空节流阀等的开度过大或过小，会改变下塔的液面，进而影响主冷的液氧面的变化。但是，
15、这不是恶劣能够量不平衡造成的，而是上、下塔的液量分配不当引起的，液面的波动也是暂时的。,1、热端温差对热交换不完全损失有多大影响？,热交换不完全冷损失是返流低温气体在出主热交换器的热端时，不能复热到正流空气进热交换器的温度而引起的。因此，返流气体与正流空气换热器的热端温差越大，说明复热越不足，未被利用的冷量越多，热交换不完全冷损失就越大。因此，热交换不完全冷损失与热端温差成正比。返流低温气体由已被分离成产品的氧、产品氮及污氮等几股气体组成。它们与正流空气在热端温差不完全相同，流量及比热容也不相同，在计算热交换不完全损失时，应分别计算后相加，得出总的热交换不完全损失。由于污氮量最大，它的热端温差
16、对热交换不完全损失的影响也最大。如果各返流气体的热端温差均相等，它们的气量之和又等于正流空气量。这时，不同的热端温差所产生的热交换不完全损失的大小如表所示热端温差扩大1，热交换不完全损失将增大1.3 KJ.M3，这将使装置的总冷损增加10%以上。因此，尽可能缩小热端温差对减小装置的总冷损有很大的意义。尤其是当发现热端温差扩大，超过规定值时，应注意寻找原因，采取相应的措施。,12、空气中有哪些杂质，在空气分离过程中为什么要清除杂质？,空气中除氧、氮外，还有少量的水蒸气、二氧化碳、乙炔和其他碳氢化合物等气体，以及少量的灰尘等固体杂质。这些杂质在每立方米空气中的含量虽然不大，但由于大型空分设备每小时
17、加工空气量都在几万甚至几十万立方米，因此，每小时带入空分设备的总量还是可观的。以6000m3/h制氧机为例，每小时随空气带入空压机的水分含量约1T，经空气冷却器和氮水预冷器后有很大一部分水分将析出。即使如此，每小时带入空分设备的水分还有200KG。每天随空气吸入的灰尘达4.89.6KG，甚至更多。而这些杂质对空分设备都是有害的，随空气冷却，被冻结下来的水分和二氧化碳沉积在低温换热器、透平膨胀机或精馏塔里，就会堵塞通道、管路和阀门；乙炔积聚在液氧中有爆炸的危险；灰尘会磨损运转机械。为了保证空分设备长期安全可靠地运行，必须设置专门的净化设备，清除这些杂质。,13、脉冲反吹自洁式空气过滤器的结构及工
18、作原理如何?,脉冲反吹自洁式空气过滤器的主要部件包括:空气滤筒、脉冲反吹系统、净气室、框架、控制系统。脉冲反吹系统由气动隔膜阀、电磁阀、专用喷嘴及压缩空气管路组成。控制系统主要由脉冲控制仪、差压变送器、控制电路等组成,自洁式空气过滤器的净气室出口与空压机入口连接，在负压的作用下，从大气中吸入加工空气。空气经过过滤筒，灰尘被滤料阻挡。无数小颗粒粉尘在滤料的迎风表面形成一层尘膜。尘膜可使过滤效果有所提高，同时也使气流阻力增大。当阻力增至高限600PA时，由差压变送器将阻力信号传给脉冲控制仪中的电脑，电脑发出指令，自洁系统开始工作。电磁阀接到指令后，按程序控制、驱动隔膜阀。隔膜阀瞬间释放出压缩气体，
19、其压力为600800PA，经喷嘴整流后，自滤筒内部反吹滤筒，将滤料外表面的粉尘吹落，阻力下降。当阻力达到滤料的初始阻力（约150PA）时，自洁系统停止工作。,自洁式过滤器的滤筒分成多组，每组包括多个滤筒，每组都设置一个隔膜阀。某一个阀门动作，只反吹它涉及到的那组滤筒，其余照常工作，因此自洁系统不影响过滤器的连续工作。滤筒的使用寿命为1824个月。滤料为优质防水性滤纸。当滤筒阻力经反吹，居高不下，并升至报警值（800PA）时，表示滤筒需要更换。更换滤筒的操作简单易行，亦不需要停机。,14、清除空气中的水分、二氧化碳和乙炔常用哪几种方法？,清除空气中的水分、二氧化碳和乙炔最常用方法是吸附法和冻结法
20、。吸附法就是用硅胶或分子筛等用作吸附剂，把空气中所含的水分、二氧化碳和乙炔，以及液空、液氧中的乙炔等杂质分离出来，浓聚在吸附剂的表面上（没有化学反应），加温再生时再把它们赶掉，从而达到净化的目的。例如设置干燥器、二氧化碳吸附器等。,冻结法就是空气流经蓄冷器或切换式换热器时把其中所含的水分和二氧化碳冻结下来（乙炔不能冻结），然后被干燥的返流气体带出装置，即自清除。采用分子筛净化流程可用分子筛同时吸附清除空气中的水分、二氧化碳和乙炔，使流程简化，已在制氧机上普遍被采用。,15、什么叫分子筛，有哪几种，它有什么特性？,分子筛是人工合成的晶体铝硅酸盐，也有天然的，俗称泡沸石。目前常用的主要有A型、X型
21、和Y型三大类型。而每一类型按其阳离子的不同，其孔径和性质也有所不同，又有多种类型，如3A、4A、5A、10X、13X等型号。外型有条状和球状，粒度为26MM。分子筛内空穴占体积的50%左右，平均每克分子筛有700800M2的内表面积，吸附过程产生在空穴内部，它能把小于空穴的分子吸入孔内，把大于空穴的分子挡在孔外，起着筛分分子的作用。,分子筛的主要特性有：吸附力极强，选择性吸附性能也很好。干燥度高，对高温、高速气体都优良好的干燥能力。水蒸气含量越低，即相对湿度越小，吸附能力越显著，但相对湿度较大时，吸附容量却比硅胶小。稳定性好，在200以下仍能保持正常的吸附容量。分子筛的使用寿命也比较长。分子筛
22、对水的吸附能力特强，其次是乙炔和二氧化碳。高、中压装置上采用分子筛吸附器（一般为5A分子筛），同时吸附水分、二氧化碳和乙炔，大大简化了工艺流程，操作简单，净化效果好。在全低压大型空分装置上采用分子筛流程，分子筛吸附器一般采用13X分子筛。,16、什么叫再生，再生有哪些方法？,再生就是吸附过程的逆过程，由于吸附剂吸饱被吸组分以后，就失去了吸附能力。必须采取一定的措施，将被吸组分从吸附表面赶走，恢复吸附剂的吸附能力，这就是再生。,再生的方法有两种：一是利用吸附剂高温时吸附容量降低的原理，把加温气体通入吸附剂层，使吸附剂温度升高，被吸组分解吸，然后被加温气体带出吸附器。再生温度越高，解吸越彻底，这种
23、再生方法叫加温再生是最常用的方法，再生气体用干燥的氮气较好，或用空气。,另一种方法叫降压再生或压力交变再生。再生时，降低吸附器内的压力，甚至抽成真空，使被吸附分子的分压力降低，分子浓度减小，则吸附在吸附剂表面的分子数幕也相应减少，达到再生的目的。,17、为什么吸附器再生后要进行冷吹后才能投入使用？,加温是利用高温下吸附剂的吸附能力下降的特性，驱走被吸附的水分或二氧化碳等物质。因此，在再生温度下吸附剂实际上已没有再吸附的能力，只有将它冷吹后，温度降至正常工作温度，才能为再次吸附做好准备。,此外，在对干燥器再生时，当加温气体出口温度达50就停止加热了，然后进行冷吹。而在50时吸附剂并未完全解吸。但
24、是，冷吹可以将气体入口处硅胶积蓄的热量赶向出口硅胶层，出口温度在冷吹之初将进一步升高到80100，使之进一步再生。因此，冷吹之初也是再生的继续。,18、再生温度的高低对吸附器的工作有什么影响？,再生温度一般是取吸附剂对于该被吸组分的吸附容量等于零的温度，称之为完全再生，即解吸比较完善。再生温度较低时，被吸组分不能完全解吸，即吸附表面上还残留有一部分被吸组分没有被赶走，再进行吸附时吸附容量就要降低，吸附器工作周期也要缩短，如果再生温度高，虽然再生完善，但是消耗在加温气体上的能量过大，而且对吸附剂的使用寿命也有影响。所以再生温度过高或过低都是不适宜的。,根据实践经验，再生进口温度175，冷吹初期出
25、口温度峰值为80100是实际运行中的较佳值。当再生气冷吹出口温度峰值低于80时，吸附的水分将解吸不完全。,19、空压机冷却器内水管积垢对冷却效果有什么影响？,空压机冷却器所用的冷却水一般是未经软化处理的工业用水。水中所含的钙、镁等重碳酸盐类在水温较高时会分解成较坚硬的沉淀物积结在管壁上，这就是水垢形成水垢的多少与水温的高低、时间的长短以及所用的水质有关。一般，水温在45以上时容易形成水垢。水垢的热导率只有12W/（M.），比常用金属材料的热导率要小的多。因此冷却水管积垢后将使传热恶化，不能将空气冷却到所要求的温度。从而将使气量减少，这将直接影响到空分装置运行的经济性和正常生产。,20、空压机冷
26、却器内水管积垢后如何清除？,积垢严重时必须把它清除掉。清除的方法常用机械法或酸洗法。机械法就是用铁刷子等把水垢刷掉；酸洗法是用含有10%的盐酸稀溶液用小水泵循环清洗，用酸把水垢溶解、除掉，然后用碱中和一下。需要注意酸液浓度不可过高，以免腐蚀金属。,21、空分设备为什么要设置氮水预冷器？,全低压空分设备普遍设有氮水预冷器。它主要是利用污氮中水的未饱和度，使部分水蒸发。水蒸发时吸收汽化潜热，使冷却水温降低，再利用它来冷却加工空气，降低进塔空气温度。因此它包括空气冷却塔和水冷却塔。,设置氮水预冷器的根本目的是降低空气进入空分塔的温度，避免进塔温度大幅度地波动。因为进塔空气温度的高低直接影响着切换式换
27、热器和精馏塔的工况以及整个空分设备的经济性。设计时一般把空气进塔温度定为30。运行中进塔温度高于设计指标时，将使压缩空气的节流制冷两减小，切换式换热器的热端温差和热负荷都要增大，从而导致冷损及能耗增大。,其次，在空气冷却塔中，空气和水直接接触，既换热又受到了洗涤，能够清除空气中的灰尘和溶解一些有腐蚀性的杂质气体，例如H2S、SO2、SO3等避免板翅式换热器铝合金材质被腐蚀，延长使用寿命。由于空气冷却塔的容积较大，对加工空气还能起到缓冲的作用，空压机在切换时不易超压。,对于分子筛吸附净化流程，分子筛的吸附容量与温度有关，温度越低，吸附容量越大，对一定大小的吸附器工作周期可以长，或对于一定的吸附周
28、期，设计的吸附器容积可以较小，所以也要求将空气预先冷却到尽可能低的温度。在氮水预冷器中充分回收、利用氮气的冷量来冷却空气。,22、水冷却塔中污氮是怎样把水冷却的？,水冷却塔是一种混合式换热器。从空气冷却塔来的温度较高的冷却水（35左右），从顶部喷淋向下流动，切换式换热器来的温度较低的污氮气（27左右）自下而上的流动，二者直接接触，既传热又传质。是一个比较复杂的换热过程。,一方面由于水的温度高于污氮的温度，就有热量直接从水传给污氮，使水得到冷却；另一方面，由于污氮比较干燥，相对湿度只有30%左右，所以水的分子能不断蒸发、扩散到污氮中去，而水蒸发需要吸收汽化潜热，从水中带走热量，就使的水的温度不断
29、下降。,这种现象犹如一杯热开水放在空气中冷却一样。热开水和空气接触，一方面将热量直接传给空气，另一方面又在冒气，将水的分子蒸发扩散到空气中而带走热量（汽化潜热），使热开水不断降温，得以冷却。必须指出：污氮吸湿是使水降温的主要因素，因此污氮的相对湿度是影响冷却效果的关键。这也是为什么有可能出现冷却水出口温度低于污氮进口温度的原因。,23、空气冷却塔有哪几种型式？,空气冷却塔也是一种混合式换热器。为了使冷却水与空气充分接触、强烈混合，以增大传热面积，强化传热，通常采用的是“填料塔”或“筛板塔”。也有用空心喷淋塔的。,24、水冷却塔有哪几种型式？,水冷却塔是一种混合式换热器。目的是将冷却空气后温度升
30、高的冷却水在冷却塔中使之温度降下来，以便供空气冷却塔循环使用。不同的型式都是力求增强传热，提高冷却效果，同时流动阻力要尽可能小，使水不易结垢。,我国大型空分设备选用的水冷却塔的结构大致有如下几种型式：1、填料塔。早期是装有瓷质的拉西哥环，它的传热效果尚好，阻力也不大。但是在自清除低压流程上使用，由于切换系统几分钟切换一次，在切换防空时，气流对瓷环的冲击较大，容易引起瓷环破损，阻力增加。也有改成塑料环的以增加强度。目前在600030000M3/H的空分设备上使用一种新型的填料塔，采用阿尔法鲍尔环或共轭环及阶梯环。它具有流通量大、阻力小、传热效果好、强度好的优点。热端温差在0.5左右，出水的负温差
31、（水温低于氮气温度）可达49，视气液比而定。,2、旋流板。它由几块金属结构的旋流塔板组成。这种结构阻力小，不会损坏，曾在相当长的时间作为改进型使用。但传热效果不如调料塔。3、筛板塔。塔板采用孔径和孔间距较大的淋降塔板。氮气及水都从筛孔通过。由于水冷却塔不是连续、稳定地工作，冷却效果就不够理想，所以现在就已不在采用了。,25、冷凝蒸发器在空分设备中起什么作用？,氧、氮的分离是通过精馏来实现的。精馏过程必须有上升蒸汽和下流液体。为了得到氧、氮产品，精馏过程是在上、下两个塔内实现双级精馏过程。冷凝蒸发器是联系上下塔的纽带。它用于上塔底部的回流下来的液氧和下塔顶部上升的气氮之间热交换。,液氧在冷凝蒸发
32、器中吸收热量而蒸发为气氧。其中一部分作为产品气氧送出，而大部分（70%80%）供给上塔，作为精馏用的上升蒸气。气氮在冷凝蒸发器内放出热量而冷凝成液氮。一部分直接作为下塔的回流液，一部分经节流降压后供至上塔顶部，作为上塔的回流液，参与精馏过程。,由于下塔的压力高于上塔的压力，所以下塔气氮的饱和温度反而高于上塔液氧的饱和温度。液氧吸收温度较高的气氮放出的冷凝潜热而蒸发。因此而得名叫“冷凝蒸发器”，冷凝蒸发器是精馏系统中必不可少的重要换热设备。它工作的好坏关系到整个空分装置的动力消耗和正常生产。所以需要正确操作和维护好冷凝蒸发器。,26、冷凝蒸发器温差的大小受什么因素影响？,冷凝蒸发器一般是指气氮和
33、液氧的平均传热温差。它是基于氧和氮在不同的压力及纯度下的沸点不同而建立起来的。因此，冷凝蒸发器温差的大小受氧和氮的纯度和上、下塔压力变化的影响。对于液氧的蒸发过程，当压力一定时，液氧的纯度提高，蒸发温度（沸点）就提高。对于气氮的冷凝过程，当压力一定时，气氮的纯度提高，则冷凝温度下降。,由此可见，当上、下塔压力一定，提高液氧的纯度会缩小主冷温差，提高气氮的纯度也会缩小主冷的温差。若气氮的纯度和压力不变，在液氧纯度一定的情况下，提高上塔压力可使冷凝蒸发器的温差缩小。在开车的积液阶段，通常采用适当提高上塔压力、缩小主冷温差的方法。来降低冷凝蒸发器的热负荷，以加快液体的积累。,长管式和板翅式冷凝蒸发器
34、的平均温差通常取1.61.8。正常运转中冷凝蒸发器的温差基本上是不变的。当冷凝蒸发器的传热面不足，或传热恶化时，温差会扩大，反映出下塔压力升高。冷凝蒸发器一般不装设温度计，液氧的温度和气氮的温度，可根据其压力和纯度，由热力性质图查得。实际操作中控制的都是上、下塔的压力和气氮、液氧的纯度，以及液氧面的高度，而不是直接测定冷凝蒸发器的温差。,27、为什么冷凝蒸发器的传热面不足会影响氧产量？,冷凝蒸发器的传热面不足，它的热负荷就要降低，即传热量就要减少。因此，液氧的蒸发量就会减少，气氮的冷凝量也相应的减少，这会直接影响上、下塔的精馏工况，同时，下塔的进气量就会减少，空气吃不进，氧产量随之要降低。此外
35、，当冷凝蒸发器的传热面不足时，要保证一定的热负荷，势必要靠提高下塔的压力来增大传热温差。根据空压机的特性曲线，随着排气压力的升高，气量也会减少，从而也会使氧产量减少。,28、全低压空分设备的冷凝蒸发器应怎样操作？,在正常生产中，冷凝蒸发器的操作主要是保持液氧液面的高度上。引起主冷液面波动的原因很多，但归结起来是不外乎是冷量不平衡或液体量分配不当造成的。对全低压空分设备来说，增加或减少制冷量主要是靠增加或减少膨胀机的膨胀量（或改变机前压力和转速）来实现的。,制冷量的多少是整个空分设备冷量平衡所要求的。制冷量大于需求量时，冷凝蒸发器的液面会升高，就应相应的减少制冷量。在液面降到合适高度时，还需要稍
36、增加一点制冷量才能使其平衡、稳定。如果装置的冷损增加或由于其他原因制冷量小于需求量时，则冷凝蒸发器的液面会下降，就相应的增加制冷量。当液面长到合适的位置时还要稍微减少一点制冷量，才能使液面稳定。这种操作是对指示滞后的人工反馈。,冷凝蒸发器液面过高或过低时，还要看其他液面是否合适。如果冷凝蒸发器液氧液面过高而下塔液空过低，可能是由于打入上塔的液空量过大。此时应关小液空节流阀。反之，若冷凝蒸发器液氧液面过低而下塔液空过高，则要开大液空节流阀，以保持冷凝蒸发器的液面稳定。当冷凝蒸发器液面过高时，可以排放一部分液氧。这不仅能使液面迅速下降，还可以清除一部分杂质，有利于安全运行。,29什么叫易挥发组分。
37、什么叫难挥发组分？,对每一种液体，在一定的温度下总有一部分液体分子会蒸发成蒸气分子，蒸气分子所产生的压力叫蒸气压。如果温度不变，蒸发过程最终会达到平衡，蒸气分子的数目不再增加。通常说达到了饱和蒸气压。对于同一种液体，每一个温度只对应有一个饱和蒸气压。对于不同物质，由于分子间引力的不同，在同样的温度下蒸气出来的分子数目也不相同，产生的饱和蒸气压也不同。,在同一温度下，饱和蒸气压高的物质说明它的分子从液体中蒸发的多，也就是容易挥发。反之，则是难以挥发。这里的“难”和“易”是相对而言的，例如，对由氧、氩、氮组成的混合液体，其中每一种成分组分。氮对于氧和氩来说，饱和蒸气压高，是易挥发组分，而氩与氮相比
38、是难挥发组分，与氧相比又是易挥发组分。,对难挥发组分来说，如果要让他达到与易挥发组分有同样的蒸气压，则必须提高它的温度，让它有更多的液体分子蒸发出来。饱和蒸气压对应的温度叫饱和温度。因此也可以说，在相同的饱和蒸气压下，难挥发组分对应的饱和温度高，易挥发组分对应的饱和温度低。,30、什么叫精馏？,精馏是利用两种物质的沸点不同，多次地进行混合蒸气的部分冷凝和混合液体的部分蒸发的过程，以达到分离的目的。,31、筛板的结构如何，筛板的形式有几种？,筛板是由筛孔板、溢流斗、无孔板组成的。筛孔板上分布有许多小孔，蒸气自下而上穿过小孔，经塔板上的液体层传热、传质后上升。液体按照一定路线从塔板上流过，液体由稳
39、定流速的蒸气托持着，经溢流斗流到下一块塔板的无孔板（受液盘）。液层的厚度由塔板上的进口挡板和出口挡板高度来决定。,依据液体在塔板上的流动方向，筛板的形式分为对流、径流、环流式，环流式还分为单溢流和双溢流，如图所示：,液体在塔板上流动路线长，气液接触时间也长，热、质交换充分，但是塔板阻力大，精馏分离的能耗升高。所以，中压小型制氧机通常采用环流塔板，50M3/H制氧机多采用单溢流的环流板。300M3/H中压制氧机采用双溢流环流板。对于全低压的制氧机，由于塔板阻力直接影响制氧机能耗，且环形塔板直径大，因此，多数采用对流或径流板。全低压中、小型制氧机通常采用对流板；全低压大型制氧机采用径流板。,32、
40、溢流斗起什么作用？,为了保证精馏塔内精馏过程的进行，必须有一定的下流液体沿塔板逐块下流。对筛板塔，在塔板的溢流口处装有溢流斗的作用，更主要是为了使上升蒸气与下流液体能在塔板上充分接触，让蒸气穿过筛孔上升，而不会从溢流口处短路，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，液体在塔板上流动，液面必然高于增位板高度，在溢流斗出口处造成“液封”，使蒸气无法短路通过。同时，由于塔板下部的蒸气压力比上部高，要保证液体顺利流下，也需要靠溢流斗内积聚起液体，其液面比塔板上的液面高，靠液柱静压力下流。此外，溢流斗还可以起到分离下流液夹带的蒸气泡的作用，防止经过精馏提高了氮纯度的气体又返回到氮浓度较低
41、的塔板上。由此可见，溢流斗对保证精馏过程的正常进行起着重要的作用，制造时应保证工艺要求。,33、规整填料精馏塔与筛板塔相比有什么特点？,精馏塔分为筛板塔和填料塔两大类。填料塔又分为散堆填料和规整填料两种，筛板塔虽然结构简单，适应性强，宜于放大，在空分设备中被广泛采用。但是，随着气液传热、传质技术的发展，对高效规整填料的研究，一些效率高、压降小、持液量小的规整填料的开发，在近十多年内，有逐步替代筛板塔的趋势。,规整填料由厚0.22MM的金属波纹板组成，一块块排列起来的金属波纹板低温液体在每一块填料表面都形成了一层液膜，与上升的蒸气相接触，进行传热、传质。规整填料的金属比表面积约是填料是塔板的30
42、倍，液氧持留量仅为筛板的35%40%。而且因为精馏塔截面积比筛板塔小1/3，填料垂直排列，不存在水平方向浓度梯度的问题只要液体分布均匀，精馏效率较高，压力降较小，气体穿过填料液膜的压力差比穿过筛板液层的压差要小的多，约只有50PA。上塔底部压力的下降，必然导致下塔压力降低，进而主空压机的出口压力相应降低，使整套空分的能耗降低。同时，规整填料液体的滞留量小，因此，对负荷变化的应变能力较强。,归纳起来，规整填料塔与筛板塔相比，有以下优点：1、压降非常小。气相在填料中的液相膜表面进行传热、传质，不存在塔板上清液层及筛孔的阻力。在正常情况下，规整填料的阻力只有相应筛板塔阻力的1/51/6；2、热、质交
43、换充分，分离效率高，使产品的提取率高；,3、操作弹性大，不产生液泛或漏液，所以负荷调节范围大，适应性强，负荷调节范围可以在30%110%，筛板塔的调节范围在70%100%；4、液体滞留量少，启动和负荷调节速度快；5、可节约能源。由于阻力小，空气进塔压力可降低0.07MPA左右，因而使空气压缩能耗减少6.5%左右；6、塔径可以减小。,此外，应用规整填料后，由于当量理论塔板的压差减小，全精馏制氩可能实现，氩提取率提高10%15%左右。规整填料精馏塔一般分为35段填料层，每段之间有液体收集器和再分布器，传统筛板塔的板间距为110160MM，而规整填料的等板高度为250300MM，因此填料塔的高度会增
44、加。一般都选用铝作为规整填料的材料，这样可减轻重量和减少费用，但必须控制好填料金属表面残留润滑油量小于50mg/m3。在这样的条件下，可认为铝填料塔和铝筛板塔用于氧精馏是同样安全的。当然，规整填料的成本要比筛板塔高，塔身也较高。但是，它的优点是突出的，所以进入90年代后，许多空分设备厂首先在上塔和氩塔用规整填料替代了筛板塔，并有进一步在下塔也加以使用的趋势。,34、为什么精馏塔下塔一般不以规整填料塔取代筛板塔？,规整填料塔的每1M填料相当的理论塔板数与上升气体的空塔流速成反比，与气体的密度的1/2次方成反比。由于下塔的压力高，气体的密度大，当处理的气量和塔径一定时，每米填料的理论塔板数减少，即
45、需要有较高的下塔才能满足要求，这将使阻力增大，能耗增加；如果靠增大塔径来降低流速，提高每米填料的理论塔板数，则会增加下塔的投资成本。因此下塔是否采用规整填料，需要权衡利弊。目前还是以采用筛板塔居多。,35、下塔液空的氧纯度是怎样规定的，它对精馏过程的影响如何？,下塔液空主要来自从下部第一块塔板流下的液体。从上一块塔板上流下的液体与进塔的空气在第一块塔板上接触，部分液体蒸发，液体中的氧浓度有所增高后再流入液釜的。但是，它的氧浓度受到进塔空气的氧浓度（20.9%O2）的限制，总要比它的平衡浓度低一些。例如，当下塔压力为0.55MPA时，与含氧20.9%的蒸气相平衡的液体中氧浓度为40.8%，而实际
46、液空中氧浓度应低于这个值。,平衡浓度与压力有关。随着压力的提高，平衡浓度降低，液空中氧浓度也随之减小。例如当压力为0.6MPA时，液体中的平衡浓度为40.1%O2。此外，根据塔的能量平衡，进塔空气应是含湿的。对于中压流程的制氧机，膨胀空气有节流空气混合后应含有部分液体；对于低压流程的制氧机，切换式换热器冷端空气是稍有过热的，则必须使一部分空气在液化器中液化，使其综合状态是含湿的。装置的冷损越大，或生产液体产品，则要求进塔空气含湿越大。而进塔的这部分液体中的氧浓度是较低的，因此，含湿的大小将影响到液空的氧浓度。冷损越大，液空的氧浓度越低。例如，对生产气氧的设备，液空的氧浓度为3840%O2；对于
47、生产液氧的设备，液空的氧浓度为3537%O2。,在实际运转中，液空的氧纯度还受下塔物料平衡的制约。如果液氮调节阀关的过小，液空量增加，液空氧纯度就必然下降，而液氮纯度会上升。反之，则液空的氧纯度提高。液空氧纯度的高低对精馏是有影响的，其影响程度不能笼统而言，应做具体分析。例如，在液氮纯度保持不变及回流量一定的情况下，液空纯度越高，则氧气纯度提高，液空纯度越低，则氧气纯度难以提高。当然，这还要看上塔是否有潜力而异，操作人员最好按规定的指标操作。,36、什么叫回流比，它对精馏有什么影响？,在空气精馏中，回流比一般是指塔内下流液体量与上升蒸气量之比，它又称为液气比。而在化工生产中，回流比一般是指塔内
48、下流液体量与塔顶馏出液体量之比。,精馏产品的纯度，在塔板数一定的条件下，取决于回流比的大小。回流比大时所得到的气相氮纯度高，液相痒纯度就低。回流比小时得到的气相氮纯度低，液相的氧纯度高，这是因为温度较高的上升气与温度较低的下流液体在塔板上混合，进行热、质交换后，在理想情况下它们的温度可趋于一致，即达到同一个温度。这个温度介于原来的气、液温度之间。如果回流比大，即下流的冷液体多或者上升的蒸气少时，则气液混合温度必然偏于低温液体一边，于是上升蒸气的温降就大，蒸气冷凝得就多。因氧是难挥发组分，故氧组分冷凝下来相应也较多些，这样离开塔板的上升气体的氮浓度也提高的快。每块塔板都是如此，因此在塔顶得到的气
49、体含氮纯度就高。另一方面，因为气液混合温度偏于低温液体一边，于是下流液体的温升就小，液体蒸发的也少，因而液体中蒸发出来的氮组分相应也少些，这样离开塔板的下流液体中氧纯度就提高的慢。每块塔板都是如此，因而在塔底得到的液体的氧浓度就低。,回流比小时则与上述情况相反，不再重复，精馏工况的调整，实际上主要就是改变塔内各部位的回流比大小。操作工人常说的精馏塔塔温高，实际上就是指回流比小，塔温低，就是回流比大的情况。,37、为什么下塔液氮取出量越大，液氮纯度越低，而液空纯度会提高呢？,在进塔气量和进气状态以及膨胀气量和操作压力一定的情况下，冷凝蒸发器热负荷基本上是一定的，即液氮的冷凝量一定。如果下塔液氮取
50、出量加大，下塔回流液体量就要减少，下塔回流比也就相应减少，因而塔板上的气液混合温度就要升高，上升蒸气在每块塔板的温降就要减小。这样上升蒸气部分冷凝就不充分，蒸气中氧组分冷凝下来的就少，于是在塔顶得到的气氮的纯度就降低，到冷凝蒸发器后冷凝成的液氮纯度也低。另一方面，由于各块塔板上的气液混合温度升高，下流液体在各块塔板上的温升也增大。这样，液体部分蒸发较为充分，下流液体中的氮组分蒸发出来的数量就相应增加，因而液体的氧纯度提高的快，故在塔底得到的液空纯度就相应提高。,38、为什么说液氮节流阀可调节下塔液氮、液空的纯度，而液空节流阀只能调节液空液面？,空分设备在运转中，只要进塔空气量及操作压力以及冷损
