空气分离的基本原理课件.ppt
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- 空气 分离 基本原理 课件
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1、项目二 空分操作2-1 空气分离的基本原理主要内容一、空分的含义二、空气的组成及沸点三、空分方法一、空分的含义是利用物理或者化学方法将空气分离,获得纯氧气和纯氮气及一些稀有气体的过程。二、空气组成及沸点三、空分原理1、空气分离的方法 低温法、分子筛吸附、膜分离法 三种类型。1、低温法:原理:是根据空气中各组分的沸点不同,经加压、预冷、纯化、并利用大部分由透平膨胀机提供的冷量使之液化,再进行精馏,从而获得所需要的氧气、氮气及其它稀有气体的过程。具体原理为空气经过增压膨胀对外作功处于冷凝温度,当穿过比它温度低的氧、氮组成的液体层时,由于气、液之间温度差的存在,要进行热交换,温度低的液体吸收热量开始
2、蒸发,其中氮组分首先蒸发,温度较高的气体冷凝,放出冷凝热,气体冷凝时,首先冷凝氧组分.此过程一直进行到气、液处于平衡状态。这时,液相由于蒸发,使氮组分减少,同时由于气相冷凝的氧也进入液相,因此液相的氧浓度增加了,同样气相由于冷凝,使氧组分减少,同时由于液相的氮进入气相,因此气相的氮浓度增加了.6多次的重复上述过程,气相的氮浓度就不断增加,液相的氧浓度也能不断的增加.这样经过多次的蒸发与冷凝就能完成整个精馏过程,从而将空气中的氧和氮分离开来。2、吸附法:原理:利用分子筛对不同的分子具有选择性吸附的特点,有的分子筛(如5A、13X等)对氮具有较强的吸附性能,让氧分子通过,可得到较高纯度的氧气;有的
3、分子筛(碳分子筛等)对氧具有较强的吸附性能,让氮分子通过,可得到较高纯度的氮气,从而实现空气的分离。但吸附法目前的氧气纯度只有93%左右。3、膜分离法:原理:它是利用一些有机聚合膜的渗透选择性,当空气通过薄膜或中空纤维膜时,氧气穿透过薄膜的速度约为氮的4-5倍,从而实现氧、氮的分离。膜分离的富氧浓度只能达到2835%O2。目前应用较多的是低温法(又叫深度冷冻法)。它的优点:生产量大,产品纯度高,电耗低且可得到液态产品,故应用广泛。72、空分基本原理空气分离的基本原理,就是低温精馏原理。利用空气中氧、氮沸点的不同,经膨胀机制冷而获得的液空,在精馏塔中经过多次部分蒸发和部分冷凝,而将各组份分离开来
4、,获得合格氧氮产品的过程。当空气穿过比它温度低的氧、氮组成的液体层时,由于气、液之间温度差的存在,要进行热交换,温度低的液体吸收热量开始蒸发,其中氮组分首先蒸发,温度较高的气体冷凝,放出冷凝热,气体冷凝时,首先冷凝氧组分.这过程一直进行到气相和液相的温度相等为止,也即气、液处于平衡状态。这时,液相由于蒸发,使氮组分减少,同时由于气相冷凝的氧也进入液相,因此液相的氧浓度增加了,同样气相由于冷凝,使氧组分减少,同时由于液相的氮进入气相,因此气相的氮浓度增加了.多次的重复上述过程,气相的氮浓度就不断增加,液相的氧浓度也能不断的增加.这样经过多次的蒸发与冷凝就能完成整个精馏过程,从而将空气中的氧和氮分
5、离开来.3、液化精馏工艺流程分为空气的净化、空气的液化、空气的分离三个工序。2-2 空气分离的工艺流程一、空气的净化1、机械杂质的脱除 空气中灰尘的处理大多以过滤为主,并辅以惯性和离心式来处理,大中型空分均使用无油干式除尘器。目前国内外空分装置使用的气体过滤器有:煤炭气化工艺惯性除尘器-初步除尘弯管型百叶窗型多层隔板塔型煤炭气化工艺电动卷帘式干带过滤器-初步除尘煤炭气化工艺脉冲纸筒式过滤单元煤炭气化工艺(1)水分及CO2的脱除脱除CO2、水蒸气一般用吸附法和冻结法。是空气通过装有分子筛或硅胶的吸附器,二氧化碳和水蒸气被吸附,达到清除的目的;是在低温下,水分和二氧化碳以固态形式冻结,在切换式换热
6、器的通道内而被除去。经过一段时间后,自动将通道切换,让干燥的返流气通过该通道,使前一段时间冻结的二氧化碳和水蒸气在该气流中蒸发、升华而被带出装置。另外也可用8%10%的氢氧化钠溶液洗涤空气中的二氧化碳。煤炭气化工艺(3)碳氢化合物的脱除碳氢化合物特别是乙炔进入空分装置并积累到一定程度时易造成爆炸事故,因此必须脱除。各种烃类在液氧中爆炸敏感性顺序为:乙炔丙烯丁烯丁烷丙烷甲烷。清除空气中的乙炔采用吸附法。在低温下,乙炔呈固体微粒状浮在液体空气和液体氧中,当通过装有硅胶的吸附器时,乙炔被硅胶吸附脱除。煤炭气化工艺(4)冷箱前端净化 空气经除尘、压缩、水冷后,水分、CO2及烃类物质还存留在其中,为了保
7、证冷箱内设备不受堵塞并消除爆炸危险,现在直接利用吸附法,可以使各种有害气体杂质清除干净。分子筛即人工沸石,为强极性吸附剂,对极性分子有很大的亲和力,并且其热稳定性和化学稳定性高。分子筛具有微孔尺寸大小一致的特点,凡被处理的流体分子若大于其微孔尺寸的都不能进入微孔,起到筛分作用,所以被称为分子筛。煤炭气化工艺分子筛硅酸盐分子筛分子筛的吸附顺序。20 CH4C2H6C3H8N2OC2H4CO2C2H2C3H6nC4H10iC4H10C6H6C3H6OO3NOH2O甲烷CH4乙烷C2H6丙烷 C3H8一氧化二氮N2O乙烯 C2H4二氧化碳CO2乙炔C2H2丙烯 C3H6正丁烷 nC4H10异丁烷 i
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