空气分离方法与工艺流程选择论文
【摘要】由于社会的迅猛发展致使高纯度氮氧气的需求量持续增加，所以，空气分离技术得到了一定的发展。由于人们对氮气和氧气的纯度需求各不相同，因而，需要据此选择不一样的空气分离方法与工艺流程。本文对空气分离方法与工艺流程的选择进行了相关探讨，以供相关人员参考。
【关键词】空气分离；方法；工艺流程；选择
通常而言，空气分离是依照空气里面各个组分物理性质的差异性，运用膜分离方式和低温分离方式等，从空气里面分离出氮与氧，或者一并提取氦与氩气等这类稀有气体的流程。工程设计工作人员应当充分掌握好空气分离装置的各种工艺与流程特征，在设计的过程中才能按照用户需求，正确分析其工作情况，给用户挑选出合适的空气分离工艺与流程。不仅需避免盲目寻找新技术与新工艺，同时还需确保挑选出来的工艺流程是高效的、经济的、以及安全可靠性高的。
1空气分离方法分析
1.1低温空气分离方法
一般来说，低温空气分离方法的空气分离设备由四个部分所构成，即空气里面的杂质与分子等净除、空气经过换热冷却与液化；膨胀制冷和空气压缩；空气分离与精馏；低温产品冷量压缩和回收。每一个部分实现的方法以及运用的设备均是不一样的，可组合成不一样的流程[1]。根据工作压力可分成高压、中压、低压这三个流程。其中，高压工作压力为10到20MPa，制冷量来源于节流效应，无需膨胀机械设备，操作程序非常简单，可是仅仅适合使用在小型的制氧机以及液氯机。中压工作压力是1到5MPa，针对小的空气分离装置，因为单位冷量损失较大，必须要有很大的单位制冷量进行平衡，因此对工作压力提出了高要求。这个时候，制冷量就是依靠膨胀机。低压工作压力基本上和下塔压力差不多，其是现阶段使用最广的一个流程，这一装置单位能源消耗非常低，所以该种类型的空气分离流程运用较广。根据产品压缩方法可划分成分离装置内外压缩这两种。外压缩就是独立设置产品气体压缩机，不会影响到装置工作。内压缩就是使用泵压缩液态产品，接着通过复热与气化传输到装置外。比较而言，内压缩更加安全，可是液体泵正常与否会对装置的运行造成一定的影响[2]。
1.2变压吸附的分离方法
变压吸附方法就是把压缩空气当成原材料，通过分子筛为吸附剂，在一定程度的压力作用下，借助空气里面的氮氧分子在不相同分子筛表层吸附量的不同，在某一时间中氮氧在吸附相富集，氮氧在气体相富集，进而分离氮氧。该分离方式的流程就是：空气通过空压机压缩以后，经净化系统将有害物质消除，进到吸附塔；在吸附塔里面，设置不相同类型的吸附剂，吸附氮氧分子，让那些没有被吸附的氮氧富集且在吸附塔顶端获取到纯度较高的产品气体。现阶段，变压吸附大部分使用的是双塔流程，倘若一组吸附，那么还有一组就会进行降压解吸。双塔根据设置的时序交替工作，可以达到不间断供气的目的。经过将吸附剂及其压力转变，就能够获取到不一样质量等级的氮产品与氧产品[3]。
1.3膜分离方法
这种分离方式实际上是通过气体扩散的原理，借助原料气里面不相同气体对于膜材料有不一样的渗透率，通过膜两边气体的压力差作为驱动力，在渗透边获取到渗透率较大的气体富集物料，在还没有渗透侧获取到不容易渗透气体富集分离气，以此实现气体分离。膜分离的流程就是：空气通过空压机压缩、进而经过滤系统与干燥系统过滤除油、干燥消除水分以后，进到加热器加温至50摄氏度，接着进入到膜分离器。压缩空气在膜两边压力差下，水蒸气和氧气等渗透率较快的气体从高压内侧纤维壁往低压外侧渗透出来，在膜的渗透边富集，将富氧气放空；渗透率缓慢的`氮气停滞于膜滞留侧，被富集进到产品氮气罐，以此实现开工期氮氧分离。挑选不一样的透析膜，可以得到不一样纯度的氮产品和氧产品。
2空气分离工艺流程选择
经过对空气分离装置的基本工作原理以及工艺流程的分析，设计工作人员进行设计的时候，需要按照用户的需求，坚持技术可靠、经济且能源节省的原则，采用以下方式选择空气分离工艺流程：
2.1全低压低温精馏内外压缩工艺流程
首先，把产品氧气压力当成是选择的必要依据。假使产品氧气压力小于3MPa，那么挑选出内压缩和外压缩工艺流程都可以。外压缩流程能源节省效果更佳，与此同时还可以减少成本投入，可是，根据安全方面来思考，内压缩工艺流程的可靠性更高一些。假使氧气的压力大于等于3MPa，最好应当选取内压缩工艺流程，其更加安全和可靠。其次，将产品中气与液比例当作选择的重要依据。针对全低压低温精馏，不管是挑选外压缩还是内压缩工艺流程，均可以制备液态氧产品和氮产品。可是液态产品占据的气氧产品比重，对装置能源消耗影响更大。所以，需要按照液态产品产量挑选空气分离装置。通常，液态条件下产品的产量，要高于8%气氧条件的产量，挑选全低压内压缩工艺流程更加合理。相反的，则最好选择使用外压缩工艺流程。
2.2选择全气态产品工艺流程
1）氮气产品工艺。假设需要的产品是比较单一化的氮气，集中分离工艺均可以满足有关规定。可是由于工艺有一定的局限性，膜分离与变压吸附方式产品纯度以及气体耗量相互制衡，所以不能取得很多的纯氮气产品，现如今，比较常见的膜分离与变压吸附方式获得氮气产品均为5000Nm3/h，产品的纯度是99%。2）氧气产品工艺。针对用户所需产品是气态氧气和纯度低于95%，同时规模不大的空气分离装置，需要选择使用变压吸附方式或者低温空气分离方法。氧气纯度比90%大，与此同时采用持续的则只可以挑选低温空气分离工艺流程。膜分离工艺装置无法取得纯度较高的氧气，所以，这种工艺仅适合使用在锅炉富氧燃烧与医疗等对氧气纯度要求较低的领域之中。
3结束语
在工程运用的过程中，不相同的领域与项目对于氮氧的需求也是不同的。因而，需要工程设计人员充分掌握好不一样的空气分离工艺基本工作原理与特征，才能够引导我们在充分满足用户各方面需求的情况下，挑选出合适的工艺流程。
参考文献
[1]徐金永.浅析空气分离装置在化工企业中流程选择[J].化工设计通讯,2018,44(02):125.
[2]王成延,王晓兵.浅析低温空气分离装置的流程与创新[J].化工管理,2015,(27):90.
[3]包士然,张金辉,张小斌.磁致空气分离技术的研究进展[J].浙江大学学报(工学版),2015,49(04):605-615.
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