深冷空分的工艺流程?
空气过滤与压缩阶段
首先,原料空气通过空气过滤器,去除灰尘、杂质等固体颗粒物。这些过滤器通常具有多层滤网结构,能够有效拦截粒径在微米级别的杂质,确保进入压缩机的空气洁净度。
经过过滤后的空气进入压缩机。压缩机一般是多级离心式或往复式压缩机,空气在压缩机内逐级被压缩,压力逐渐升高。例如,空气从常压开始,经过多级压缩后压力可能达到 10 - 20bar 左右。在这个过程中,由于空气被压缩,其温度会显著升高。
为了防止温度过高对设备造成损害,并为后续的冷却和液化做准备,在压缩机的各级之间设置有中间冷却器。中间冷却器利用循环水或其他冷媒,将压缩过程中升高的空气温度降低。
预冷与净化阶段
压缩后的空气进入预冷器,在这里与返流的低温气体(如液氮、液氧等)或其他冷媒进行热交换,使空气温度初步降低。预冷过程可以使空气中的部分水蒸气凝结成液态水,通过排水装置排出。
接着,空气进入净化系统。净化系统主要由吸附器组成,吸附器内装有吸附剂,如分子筛、硅胶等。分子筛对二氧化碳、水分和碳氢化合物等杂质有很强的吸附能力,能够将空气中的二氧化碳含量降低到极低水平(例如,降低到 1ppm 以下),以防止在后续的低温过程中二氧化碳冻结堵塞管道。经过吸附净化后的空气更加纯净,满足深冷处理的要求。
制冷与液化阶段
净化后的高压空气进入主换热器。主换热器是深冷空分系统中的关键热交换设备,利用返流的低温气体(如液氮、液氧等)来冷却高压空气。在这个过程中,高压空气的温度急剧下降,接近液化温度。
从主换热器出来的部分空气进入膨胀机。膨胀机是利用高压空气绝热膨胀对外做功,使自身内能转化为机械能,从而使空气温度大幅降低的设备。膨胀机的制冷效果对于空气的液化至关重要,通过调节膨胀机的制冷量,可以控制整个系统的温度和制冷程度。经过膨胀机后的空气温度会降低到深冷状态,部分空气开始液化。
精馏分离阶段
液化后的空气进入精馏塔,精馏塔通常包括上塔和下塔,上下塔通过冷凝蒸发器连接。
在下塔中,根据氧气和氮气沸点的差异(液氮沸点 - 195.8℃,液氧沸点 - 183℃),初步分离出液氮和液氧,液氮在塔顶富集,液氧在塔底富集。下塔的操作压力相对较高,一般在 4 - 6bar 左右。
下塔的液氮一部分作为产品引出,另一部分通过冷凝蒸发器被上塔的液氧加热汽化后作为上升蒸汽返回上塔。液氧则从下塔底部通过管道进入上塔。
在上塔中,进一步利用各组分沸点的不同进行精细分离,氩气等其他稀有气体也在这个过程中被分离出来。上塔的操作压力较低,一般在 1 - 2bar 左右。最终,高纯度的氧气、氮气、氩气等产品在精馏塔的不同位置分别被提取出来。
产品储存与输送阶段
分离出来的液氧、液氮、液氩等产品进入各自的储存罐进行储存。储存罐的设计要考虑产品的特性,例如液氧罐需要具备防爆措施,因为液氧是强氧化剂。
当需要气态产品时,通过汽化器将液态产品汽化成气态。汽化器有多种类型,如空温汽化器利用周围空气的热量使液体汽化,水浴汽化器则是利用热水的热量进行汽化。然后,通过泵(如液氧泵、液氮泵等)将液态或气态产品按照需要的流量和压力输送到用户端或其他使用环节。
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