原理:
根據(jù)空氣中各組分的沸點不同,經(jīng)加壓、預(yù)冷、純化、并利用大部分由透平膨賬機(jī)提供的冷量使之液化,再進(jìn)行精餾,從而獲得所需要的氧氣、氮氣及其它稀有氣體的過程。具體原理為空氣經(jīng)過增壓膨脹對外作功處于冷凝溫度,當(dāng)穿過比它溫度低的氧、氮組成的液體層時,由于氣、液之間溫度差的存在,要進(jìn)行熱交換,溫度低的液體吸收熱量開始蒸發(fā),其中氮組分首先蒸發(fā),溫度較高的氣體冷凝,放出冷凝熱,氣體冷疑時,首先冷疑氧組分.此過程一直進(jìn)行到氣、液處于平衡狀態(tài)。這時,液相由于蒸發(fā),使組分減少,同時由于氣相冷疑的氧也進(jìn)入液相,因此液相的氧濃度增加了,同樣氣相由于冷疑使氧組分減少,同時由于液相的氮進(jìn)入氣相,因此氣相的氮濃度增加了多次的重復(fù)上述過程,氣相的氮濃度就不斷增加,液相的氧濃度也能不斷的增加這樣經(jīng)過多次的蒸發(fā)與冷凝就能完成整個精餾過程,從而將空氣中的氧和氮分離開來。
名稱 | 符號 | 沸點℃ | 熔點℃ | 密度 | 臨界點 |
氣體kg/m3 | 液體kg/l |
|
氮 | N2 | -195.8 | -209.86 | 1.25 | 0.81 | -147 |
氧 | O2 | -183 | -218.4 | 1.43 | 1.14 | -119 |
氬 | Ar | -185.7 | -189.2 | 1.782 | 1.4 | -122 |
設(shè)備特點:
利用深冷法制氧,首先要將空氣液化,再根據(jù)氧、氮沸點不同將它們分離開來??諝庖夯仨殞囟冉档?140.6℃以下。一般空氣分離是在-172 ~ -194℃的溫度范圍進(jìn)行的。用深冷法制氧的設(shè)備具有以下特點:
1) 低溫?fù)Q熱器、精餾塔等低溫容器及管道置于保冷箱內(nèi),并充填有熱導(dǎo)率低的絕熱材料,防止從周圍傳入熱量,減少冷損,否則設(shè)備無法運行;
2) 用于制造低溫設(shè)備的材料,要求在低溫下有足夠的強度和韌性,以及有良好的焊接、加工性能。常用鋁合金、銅合金、不銹鋼等材料;
3) 空氣中高沸點的雜質(zhì),例如水分、二氧化碳等,應(yīng)在常溫時預(yù)先清除。否則會堵塞設(shè)備內(nèi)的通道,使裝置無法工作;
4) 空氣中的乙炔和碳?xì)浠衔镞M(jìn)入空分塔內(nèi),積聚到一定程度,會影響安全運行,甚至發(fā)生爆炸事故。因此,必須設(shè)置凈化設(shè)備將其清除;
5) 貯存低溫液體的密閉容器,當(dāng)外界有熱量傳入時,會有部分低溫液體吸熱而氣化,壓力會自動升高。為防止超壓,必須設(shè)置可靠的安全裝置;
6) 低溫液體漏入基礎(chǔ),會將基礎(chǔ)凍裂,設(shè)備傾斜。因此必須保證設(shè)備、管道和閥門的密封性,要考慮熱脹冷縮可能產(chǎn)生的應(yīng)力和變形;
7) 被液氧浸漬過的木材、焦炭等多孔有機(jī)物質(zhì),當(dāng)接觸火源或給以一定的沖擊力時,會發(fā)生激烈的燃爆。因此,冷箱內(nèi)不允許有多孔性的有機(jī)物質(zhì)。對液氧的排放,應(yīng)預(yù)先考慮有專門的液氧排放管路和容器,不能走地溝;
8) 低溫液體長期沖擊碳素鋼板,會使鋼板脆裂。因此,排放低溫液體的管道及排放槽不能采用碳素鋼制品;
9) 氮氣、氬氣是窒息性氣體,其液體排放管應(yīng)引至室外。氣體排放管應(yīng)有一定的排放高度,排放口不能朝向平臺樓梯;
10) 氧氣是強烈的助燃劑,其排放管不能直接排在不通風(fēng)的廠房內(nèi)。