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当前时间： 22:04:04煤化工培训教材(空分装置)30-第4页
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煤化工培训教材(空分装置)30-4
横坐标表示氮组分的浓度，纵坐标表示温度T，在同一；它的横坐标为液相中的氮的浓度，用X表示；(3)空气的精馏；在某一压力下，非平衡状态的氧氮混合物的上升蒸汽和；图11温度－浓度图；当液相与气相达到平衡时．上升的蒸汽中易挥发组分的；图12X－Y图；气液是在塔板上充分接触的；(4)双级精馏塔；精馏塔有单级精馏塔和双级精馏塔，因为单级精馏塔只；双级精馏塔是由下塔、上
　横坐标表示氮组分的浓度，纵坐标表示温度T，在同一压力下，对应着两条曲线，上面的一条曲线称为气相线，下面的一条曲线称为液相线，气相线与液相线将全图划分为三部分，见下图11所示
b X―Y图（图12）它的横坐标为液相中的氮的浓度，用X表示。纵坐标为与液相相平衡的气相中的氮浓度，用Y表示。图中每一个压力，对应一条平衡曲线。从图中看出，平衡曲线上任一点对应的纵坐标Yn总是大于横坐标Xn，而且压力越大．曲线越平瘪，气液相之间的浓度差越小。(3) 空气的精馏在某一压力下，非平衡状态的氧氮混合物的上升蒸汽和下流液体接触，蒸汽和液体浓度将不断变化。直到它们达到平衡状态为止。在这个过程中，由于上升的蒸汽温度高于下流液体的温度，接触后液体与蒸汽之间就将发生热交换，并且部分冷凝的蒸汽释放的冷凝热将蒸发一部分液体(由于氧、氮的气化潜热相近，所以蒸发的液体量近似等于冷凝的液体量)。 图11
温度 － 浓度图当液相与气相达到平衡时．上升的蒸汽中易挥发组分的浓度将相对增加(即氮组分的浓度增加)，下流液体中不易挥发组分的浓度也将相对增加(即氧组分的浓度增加)。多次这样的蒸发、冷凝过程就构成了空气的精馏。分离出来高纯度的氧和氮。 图12
X － Y 图 气液是在塔板上充分接触的。当气液达到平衡后，每块塔板上的液体中组分的平均浓度就保持恒定。并且从下往上塔板上液体中的易挥发组分(氮)的浓度依次阶跃地增加。(4) 双级精馏塔精馏塔有单级精馏塔和双级精馏塔，因为单级精馏塔只能制取一种纯产品，而且空气分离得很不完善、经济性能差，不能满足制取双高产品的要求，所以在此不作介绍。双级精馏塔是由下塔、上塔及上、下塔之间的冷疑蒸发器组成的。接近冷凝的空气从下塔底部进入，自下向上穿过每一块塔板。在塔顶部得到高纯度的氮气，在下塔底部得到富氧液空(38―40％O2)。氮气部分作为产品气引出，大部分进入冷凝蒸发器压力侧，在冷凝蒸发器中，由于氮气的温度比低压侧的液氧温度高，因而氮气被冷疑成液氮，小部分作为液态产品引出，其余作为下塔的回流液。在下塔底部的液空经节流后送入上塔中部，由上往下沿塔板逐块流下，与上升的蒸汽接触，在塔板上进行传质传热，液体中的氧组成逐渐富集，只要塔板数足够多，在低压塔底部便可得到纯液氧，部分液氧在冷凝蒸发器中蒸发，作为上升蒸汽，部分作为产品引出。污液氮从压力塔中部引出，经节流后送入上塔中上作为上塔精馏段的回流液，用来提高蒸汽中易挥发组分（氮）的浓度。另外，还从下塔抽出液氮，送入上塔顶部，作为上塔顶部的回流液。冷凝蒸发器对上塔而言是一个蒸发器，对下塔而言是一个冷凝器。虽然在同等的压力下，氧的沸点比氮高，但下塔的工作压力高于上塔，使氮在下塔压力下的沸点大于上塔压力下液氧的沸点，这样氮气遇冷冷凝下来，同时将冷凝热传给液氧，作为液氧的蒸发热。冷凝蒸发器的传热温差是由上、下塔的压力差保证的。对于冷凝蒸发器的设计，首先应考虑保证传热温差。(5) 回流比（L/G）精馏塔内工况与“回流比”有着密切的关系。“回流比”是指精馏塔内下流液体量L与上升蒸汽量G的比值。“回流比”在一定程度上代表了塔板上汽液之间进行传质、传热过程的推动力。如果回流比L/G较大，则达到指定的分离要求所需的理论塔板数较少。但是增大回流比是以增加能耗为代价的。因此，回流比的选择是个经济问题，需要在操作费用和设备费用之间作出权衡。从回流比的定义式来看，回流比可以在零至无穷大之间变化。前者对应于无回流，后者对应于全回流，但实际上对指定的分离要求，回流比不能小于某一下限，否则即使有无穷多个理论塔板也达不到要求，回流比的这一下限称为最小回流比，这不是个经济问题，而是技术上对回流比选择所加的限制。理论计算与实际操作均表明，在一般双级精馏塔中，上塔的实际气液比比精馏所需要的气液比大，存在富裕的回流比。富裕的回流比表明：在减少回流比后只要适当增加塔板数仍能保证所需的产品纯度，即精馏尚有一定的潜力可挖。(6) 抽取氩组分的双级精馏塔氩是一种重要的工业气体，从空分装置中提取氩，不仅能够带来可观的经济效益，而且也有利于上塔内的氧、氮分离。空气进入下塔后，经下塔初步精馏，在塔顶获得高纯氮，氧、氩相对氮是高沸点组分，因此氩绝大部分冷凝在液空中，液空中含氩量可达1.3 -- 1.6%。由于氩的沸点处于氧、氮之间，当氩随液空进上塔后，在提馏段由于氮相对氩和氧是易挥发组分。液空在下流时氮组分蒸发的多，因此液体中氧、氩的浓度有所升高。待到经过一定数量的塔板精馏后，氮含量已很少，则主要是实现氧氩的分离，而氩相对于氧来说是易挥发组分，随着液体继续下流，氩浓度将减少。因此，在提馏段存在一个氩的富集区。由于在提馏段主要是实现氧、氩分离，而氩是易挥发组分，所以在同一截面上气相中的氩浓度将高于液相中的氩浓度。在精馏段，蒸汽在上升过程中开始由于氧相对于气氮、氩是难挥发组分，氧组成冷凝较多，所以氩、氮组分自下而上有所增加。经一定塔板数后，氩相对于氮是难挥发组分，因而它的浓度沿塔自下而上流动时又减少。在精馏段也存在一个高浓度的氩区域。提氩原料一般在提留段的氩富集区偏下的地方抽取。用全精馏法制氩流程，精氩在冷箱里一次提取完成。从双级精馏塔抽取的氩馏分作为制氩的原料气，先经两段粗氩塔提取，脱除馏分中的氧气，一段粗氩塔粗脱氧，经提取粗氩后，底部的氧氩混合液返回主塔（上塔）；二段精脱氧，制得不含氧的氩馏分供给精氩。由于在粗氩塔中不能实现氩-氮分离，馏分中的氮绝大多数保留在粗氩中，粗氩中含氮越多，冷凝温度越低，则冷凝器的温差越小，对传热产生不利的影响，而粗氩塔的回流比又要求很大，当热负荷减小时，势必使冷凝量减小，影响粗氩塔的精馏工况，所以要求进粗氩塔的氩馏分的氮含量不能超过0.1%。如前所述：在上塔中有两个氩富集区，为提高氩提取率。希望氩馏分中的氩浓度较大，所以馏分应在富集区抽。但在精馏段的氩富集区，氮浓度太高，故应在提馏段的氩富集区抽取氩馏分，并且由于在提馏段氩富集区的 氩含量最高截面上，氮浓度仍较高，所以一般应在其最高截面偏下的位置上抽取。3、空气净化我们已经知道空气中含有少量水蒸汽、二氧化碳（CO2）、乙炔（C2H2）和碳氢化合物（CnHm）及少许灰尘等杂质。如果让这些杂质进入空分装置，将是非常有害的。固体杂质会磨损器件，尤其威胁高速旋转设备的安全运行，带入冷却器还会污染传热表面。降低冷却效果；水蒸气和CO2等在低温条件下相继冻结析出会堵塞气体通道及塔板筛孔；乙炔和碳氢化合物在精馏塔中积聚过量，会引起爆炸。所以为提高装置运行的安全性、可靠性和经济性，必须净化空气。（1）固体杂质的清除空气中灰尘等固体杂质的含量一般为0.005～0.15g/m3，随着环境状况的恶化，含尘量更趋严重，且随天气状况而不同。按生产能力为28000Nm3/h O2的空分装置算，每天从加工空气中带入的灰尘约在18～550kg之间。这些固体微粒主要靠设置在空气吸入口后的过滤器清除。空分装置空气过滤器采用的是脉冲反吹自洁式过滤器（图13）。 图13
脉冲反吹自洁式过滤器（2）水、CO2、C2H2及其他CnHm清除现代空分装置都普遍采用分子筛净化空气中的水、CO2、C2H2及其他CnHm，采用该工艺不仅简化了流程，简化了操作，而且相对过去用冻结法净化空气的切换式流程来说，分子筛流程还有以下优点：---大大延长了吸附器的切换时间（空分装置分子筛切换时间为8h），减少了空气的切换损失，保持精馏塔工况的平稳，有利于精馏及提氩。---由于避免了板翅式换热器频频切换产生的交变应力及因水分和CO2周期性的冻结而导致的腐蚀，从而可以延长板翅式换热器的使用寿命。分子筛及吸附原理吸附是一种物理现象，无化学反应，并且过程可逆，产生吸附的作用力是吸附质与吸附剂分子之间的引力，以及已被吸附的吸附质分子与吸附质分子间的引力，即范德华力。由于分子间引力普遍存在于吸附剂和吸附质之间，仅以一种吸附剂可吸附许多不同种类的气体，但随着吸附质与吸附剂的种类不同，分子间的吸引力大小各异，因此吸附量可因物系不同而相差很大。分子筛是一种人工合成的无机吸附剂，是一种碱金属硅铝酸盐。如13X型典型分子式为：Na2O.Al2O3.2.5SiO2.6H2O,将分子筛加热，脱去结晶水，其晶体结构不变，同时形成与外部相通的均匀微孔，形成丰富的内表面（800--克分子筛）。比此微孔小的分子可吸进孔内，把大于微孔的分子挡在孔外，从而把分子大小不同的混合物分离，起到筛分分子的作用，故称分子筛。13X型的分子筛，其微孔的孔径为10埃，可以吸附临界直径不大于10埃的分子。分子筛作为吸附剂，同样可以吸附多种气体，正如前面提到的，由于分子筛与被吸附的气体种类不同而不同。所以分子筛在吸附过程中具有明显的倾向性。---大小相似的分子，极性愈大，则愈易被分子筛吸附。---不饱和性愈大的分子，愈易被分子筛吸附。根据上述特点，对于空气中的H2O、CO2、C2H2及其他CnHm等杂质来说，分子筛的吸附顺序依次为：H2O&H2S&NH3&SO2&CO2 （吸附碱性气体的顺序）及H2O&C3H6&C2H2&C2H4、CO2、C3H8&C2H6&CH4（吸附碳氢化合物的顺序）分子筛对CH4 和C2H6的吸附能力很低，基本上在吸附器工作不久就被通过，C2H4和C3H8仅能除去90%左右。分子筛的吸附容量除了与吸附质的种类有关外，还与吸附质的浓度和温度有关。在物理吸附中，提高压力（即提高吸附质的分压），降低吸附温度都有利于增包含各类专业文献、行业资料、应用写作文书、生活休闲娱乐、专业论文、高等教育、文学作品欣赏、各类资格考试、外语学习资料、幼儿教育、小学教育、煤化工培训教材(空分装置)30等内容。　
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