制氧原理讲解.doc

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1、【导读】：空气中含氮气78%，氧气21%。由于空气是取之不尽的免费原料，因此工业制氧/制氮通常是将空气中的氧气和氮气分离出来。制氧氧气用来炼钢；氮气用来搅拌钢水，氧气和氮气均是重要的冶金原料。本专题将详细介绍制氧/制氮的工艺流程，主要工艺设备的工作原理等信息。由于时间的仓促和编辑水平有限，专题中难免出现遗漏或错误的地方，欢迎大家补充指正。【制氧/制氮目的】：制氧氧气用来炼钢；氮气用来搅拌钢水，氧气和氮气均是重要的冶金原料。【制氮原理简介】：以空气为原料，利用物理的方法,将其中的氧和氮分离而获得。工业中有三种，即深冷空分法、分子筛空分法(PSA)和膜空分法。深冷空分制氮深冷空分制氮是一种传统的制

2、氮方法，已有近几十年的历史。它是以空气为原料，经过压缩、净化，再利用热交换使空气液化成为液空。液空主要是液氧和液氮的混合物，利用液氧和液氮的沸点不同(在1大气压下，前者的沸点为-183，后者的为-196)，通过液空的精馏，使它们分离来获得氮气。深冷空分制氮设备复杂、占地面积大，基建费用较高，设备一次性投资较多，运行成本较高，产气慢(1224h），安装要求高、周期较长。综合设备、安装及基建诸因素，3500Nm3h以下的设备，相同规格的PSA装置的投资规模要比深冷空分装置低2050。深冷空分制氮装置宜于大规模工业制氮，而中、小规模制氮就显得不经济。分子筛空分制氮以空气为原料，以碳分子筛作为吸附剂，

3、运用变压吸附原理，利用碳分子筛对氧和氮的选择性吸附而使氮和氧分离的方法，通称PSA制氮。此法是七十年代迅速发展起来的一种新的制氮技术。与传统制氮法相比，它具有工艺流程简单、自动化程度高、产气快(1530分钟)、能耗低，产品纯度可在较大范围内根据用户需要进行调节，操作维护方便、运行成本较低、装置适应性较强等特点，故在1000Nm3h以下制氮设备中颇具竞争力，越来越得到中、小型氮气用户的欢迎，PSA制氮已成为中、小型氮气用户的首选方法。膜空分制氮以空气为原料，在一定压力条件下，利用氧和氮等不同性质的气体在膜中具有不同的渗透速率来使氧和氮分离。和其它制氮设备相比它具有结构更为简单、体积更小、无切换阀

4、门、维护量更少、产气更快(3分钟)、增容方便等优点，它特别适宜于氮气纯度98的中、小型氮气用户，有最佳功能价格比。而氮气纯度在98%以上时，它与相同规格的PSA制氮机相比价格要高出15%以上。【制氧原理简介】：工业制氧是指制造大量氧气，注重成本，讲究大量制取，对纯度要求一般不会太高。工业制氧工业制氧是指制造大量氧气，注重成本，讲究大量制取，对纯度要求一般不会太高。大致可分为以下几种方法（一）物理制氧1、空气冷冻分离法 空气中的主要成分是氧气和氮气。利用氧气和氮气的沸点不同（氧气沸点为-183，氮气沸点为-196），从空气中制备氧气称空气分离法。首先把空气预冷、净化(去除空气中的少量水分、二氧化

5、碳、乙炔、碳氢化合物等气体和灰尘等杂质)、然后进行压缩、冷却，使之成为液态空气。然后，利用氧和氮的沸点的不同，在精馏塔中把液态空气多次蒸发和冷凝，将氧气和氮气分离开来，得到纯氧(可以达到996的纯度)和纯氮(可以达到999的纯度)。如果增加一些附加装置，还可以提取出氩、氖、氦、氪、氙等在空气中含量极少的稀有惰性气体。由空气分离装置产出的氧气，经过压缩机的压缩，最后将压缩氧气装入高压钢瓶贮存，或通过管道直接输送到工厂、车间使用。使用这种方法生产氧气，虽然需要大型的成套设备和严格的安全操作技术，但是产量高，每小时可以产出数干、万立方米的氧气，而且所耗用的原料仅仅是不用买、不用运、不用仓库储存的空气

6、，所以从1903年研制出第一台深冷空分制氧机以来，这种制氧方法一直得到最广泛的应用。 2、分子筛制氧法（吸附法）利用氮分子大于氧分子的特性，使用特制的分子筛把空气中的氧离分出来。首先，用压缩机迫使干燥的空气通过分子筛进入抽成真空的吸附器中，空气中的氮分子即被分子筛所吸附，氧气进入吸附器内，当吸附器内氧气达到一定量（压力达到一定程度）时，即可打开出氧阀门放出氧气。经过一段时间，分子筛吸附的氮逐渐增多，吸附能力减弱，产出的氧气纯度下降，需要用真空泵抽出吸附在分子筛上面的氮，然后重复上述过程。这种制取氧的方法亦称吸附法。最近，利用吸附法制氧的小型制氧机已经开发出来，便于家庭使用。 3、电解制氧法 把

7、水放入电解槽中，加入氢氧化钠或氢氧化钾以提高水的电解度，然后通入直流电，水就分解为氧气和氢气。每制取一立方米氧，同时获得两立方米氢。用电解法制取一立方米氧要耗电1215千瓦小时，与上述两种方法的耗电量（055060千瓦小时）相比，是很不经济的。所以，电解法不适用于大量制氧。另外同时产生的氢气如果没有妥善的方法收集，在空气中聚集起来，如与氧气混合，容易发生极其剧烈的爆炸。所以，电解法也不适用家庭制氧的方法。 （二）化学制氧 工业和医用氧气均购自制氧厂。工厂制氧的原料是空气，故价格非常便宜。但是，氧气的贮存（高压氧气用钢瓶、液氧要用特殊贮罐）、运输、使用不太方便。因此远离氧气厂的偏远山区运输困难，

8、另外有些特殊环境如病人家中、高空飞行、水下航行的潜艇、潜水作业、矿井抢救等携带巨大笨重的钢瓶极为不便，小型钢瓶贮氧量小，使用时间短，因此就出现化学制氧法，在化合物中以无机过氧化物含氧量最多且易释放，目前化学制氧多采用过氧化物来制氧。 对无机过氧化合物的科学研究开始于18世纪。1798年德国自然科学家洪堡(Alexandervon Humboldt)采用在高温中把氧化钡氧化的方法，制取了过氧化钡。1810年法国化学家盖一吕萨克(JosephLouis GayLussac)和泰纳尔(LouisJacques Thenard)合作制取了过氧化钠和过氧化钾。1818年泰纳尔又用酸处理过氧化钡，再经蒸馏

9、发现了过氧化氢。200年来，化学家们不断地研究，发现大量无机过氧化合物。这些过氧化物，在遇热或遇水或遇其他化学试剂的时候，很容易析出氧气。常用的过氧化物有以下几种： 1、液体过氧化物（液体产氧剂）双氧水 双氧水的化学名称是过氧化氢(H2O2)，为无色透明液体，有微弱的特殊臭氧味，是很不稳定的物质，在遇热、遇碱、混入杂质等许多情况下都会加速分解。温度每升高5，它的分解速度就要增加15倍。即便是稀释后浓度为35的双氧水，在pH值增加(例如贮存在含碱玻璃瓶里)超过6个小时就要发生急剧分解。双氧水中混入少量杂质（如铁、铜、黄铜、青铜、铅、银、铬、锰等金属粉末或它们的盐类），即便在室温下，同样要引起急剧

10、的分解，产生氧气。 双氧水是过氧化物中最基本的物质，也是各国科学家最早认识的化学产氧剂。双氧水具有产氧量较大(30的稀释液中，有效氧含量为141)和成本较低的好处。但是，双氧水是强腐蚀剂，稍稍不慎便会造成人身伤害，而且在许多情况下还可引起爆炸或燃烧，无论在使用或贮存、运输中都属于危险品。比如：在常压下，双氧水的蒸汽浓度达到40%以上时，温度过高即有爆炸危险。双氧水与有机物混合，能生成敏感和强烈的高效炸药。双氧水与醇类、甘油等有机物混合，就形成极危险的爆炸性混合物。双氧水是强烈氧化剂，对有机物、特别对纺织物和纸张有腐蚀性，与大多数可燃物接触都能自行燃烧。【制氧/制氮工艺流程】工艺流程 供氮方式的

11、选择高纯氮源从氮气质量上来讲，均可满足用气要求，但在氮气成本上差异较大，用气量愈大，差异愈显著。企业选择何种供氮方式，应在充分了解各供气方式特点的基础上，根据本企业的产品、生产工艺、生产规模、用气设备类型、数量、资金状况、发展规划等综合考虑供氮方式和供氮规模。供氮方式的选择高纯氮源从氮气质量上来讲，均可满足用气要求，但在氮气成本上差异较大，用气量愈大，差异愈显著。企业选择何种供氮方式，应在充分了解各供气方式特点的基础上，根据本企业的产品、生产工艺、生产规模、用气设备类型、数量、资金状况、发展规划等综合考虑供氮方式和供氮规模。1 NdFeB生产线 NdFeB生产线主要用氮设备为“气流磨”，根据生

12、产规模来决定“气流磨”的类型和数量，氮气用量就依此而定了下来，目前国内生产企业除极少数生产规模很小，而采用瓶装氮外，其他各企业有的采用液氮，有的采用PSA现场制氮。2 MnZn铁氧体生产线 21 真空气氛炉 以真空气氛炉为烧结设备的，因真空气氛炉是间歇式作业，一般以24h为一生产周期，单台用气量不大，且非连续均衡用气而是相对集中，短时内用气量较多，这类企业往往生产规模都不大，几乎全都采用瓶装氮气，使用灵活、方便。虽然氮气单价在各种供氮方式中是最高的，但因总用气量有限，故经济上尚能承受。 22 氮窑 以氮窑为烧结设备的，因氮窑是连续作业的设备，用气量较多，而且从趋势来看，各企业新置氮窑正向长窑和

13、长双板窑方向发展，单台用气量一般在3050Nm3h。氮窑的烧结的工艺特点决定了供气的连续性，氮气的高纯性，氮量的匹配性和氮气纯度、流量、压力的稳定性和用氮气要低成本，这是氮窑供气的基本要求，显然使用瓶装氮气已不适宜。目前国内企业采用的供氮方式主要有两种，即液氮和现场制氮。 （1）液氮。使用液氮者，在企业建立之时，一般生产规模都不大，通常只有一两条窑，虽然知道现场制氮的成本最低，但由于资金或是考虑到以后的发展等原因，大都决定是先采用液氮，以后视企业情况而定。一旦企业扩能或资金情况允许，从降低生产成本着眼，大都会改用现场制氮方式，但企业若资金允许而近两年内又无扩能计划，笔者认为单台窑用气量超过30

14、Nm3h，还是自购PSA制氮设备制氮为佳。因与使用液氮相比，30Nm3h制氮机组年氮费可节省约24万元，设备总投入在40万元左右，一年半左右可收回设备投资，PSA制氮机寿命可达10年，10年内可省氮费200万元。 （2）现场制氮。自购设备现场制取高纯氮，虽然一次性投资较大，但运行成本较低（07元m3以内）。它与采用液氮相比，相同的用气量，每年节约的费用可在一年半以内收回设备全部投资。现场制氮的三种技术深冷空分制氮、PSA制氮和膜分离制氮各有特点，且在不同产氮量及氮气纯度范围各有优势，已有文章2专门对三者进行了投资价值分析，结论是氮气纯度为9999以上，产氮量在500Nm3h以内，PSA制氮（加

15、纯化）可以与深冷空分竞争。 目前国内磁性材料（MnZn铁氧体）生产企业采用现场制氮又有两种方式即深冷空分制氮和PSA制氮（加纯化）。 深冷空分制氮。这类企业建立于90年代前，建立时就有相当规模，从经济角度来看不宜采用液氮，而当时深冷空分制氮又是国内唯一的工业化制氮技术，加之资金条件能允许，故采用了深冷空分制氮。限于当时的生产规模，制氮设备的产氮量均在200Nm3h以下。设备能耗高，故障率高，要定期大修。进入90年代中期，由于新的制氮技术PSA制氮在国内迅速发展和推广应用，它显示了许多独特的优点，故愈来愈受到中小型氮气用户的欢迎。 PSA制氮。PSA制氮和氮气纯化相组合制取高纯氮采用的是下面的工

16、艺流程和设备配置： 液氮贮罐是任何磁性材料企业现场制氮都必须配备的，它的作用是在设备正常维护（如空压机换油和空气净化设备的滤芯清洗或更换）时的短时停机或设备偶发故障的停机维修时保证供气的连续性的备用措施。此工艺制取的高纯氮气质量完全可与液氮相比。配备了液氮贮罐，用户已无供气的后顾之忧，实践也充分证明了这点。江阴市长江气体分离设备有限公司自1997年以来已有四套PSA高纯制氮机组一直在浙江、江西、山东等四家MnZn铁氧体生产企业使用，设备运行良好，技术成熟，质量稳定，完全可满足高档磁芯的生产要求；这四家企业中原有三家是使用液氮，一家是使用深冷空分，因故障频发，难以修复，而改用了长江制氮设备都取得

17、了显著的效益。 企业一旦决定采用现场制氮，应明确技术要求，对供应商进行考察和全面评估，择优而廉者选之。工业用氮的技术指标工业制氧是指制造大量氧气，注重成本，讲究大量制取，对纯度要求一般不会太高。大致可分为以下几种方法（一）物理制氧1、空气冷冻分离法 空气中的主要成分是氧气和氮气。利用氧气和氮气的沸点不同（氧气沸点为-183，氮气沸点为-196），从空气中制备氧气称空气分离法。首先把空气预冷、净化(去除空气中的少量水分、二氧化碳、乙炔、碳氢化合物等气体和灰尘等杂质)、然后进行压缩、冷却，使之成为液态空气。然后，利用氧和氮的沸点的不同，在精馏塔中把液态空气多次蒸发和冷凝，将氧气和氮气分离开来，得到

18、纯氧(可以达到996的纯度)和纯氮(可以达到999的纯度)。如果增加一些附加装置，还可以提取出氩、氖、氦、氪、氙等在空气中含量极少的稀有惰性气体。由空气分离装置产出的氧气，经过压缩机的压缩，最后将压缩氧气装入高压钢瓶贮存，或通过管道直接输送到工厂、车间使用。使用这种方法生产氧气，虽然需要大型的成套设备和严格的安全操作技术，但是产量高，每小时可以产出数干、万立方米的氧气，而且所耗用的原料仅仅是不用买、不用运、不用仓库储存的空气，所以从1903年研制出第一台深冷空分制氧机以来，这种制氧方法一直得到最广泛的应用。 2、分子筛制氧法（吸附法）利用氮分子大于氧分子的特性，使用特制的分子筛把空气中的氧离分

19、出来。首先，用压缩机迫使干燥的空气通过分子筛进入抽成真空的吸附器中，空气中的氮分子即被分子筛所吸附，氧气进入吸附器内，当吸附器内氧气达到一定量（压力达到一定程度）时，即可打开出氧阀门放出氧气。经过一段时间，分子筛吸附的氮逐渐增多，吸附能力减弱，产出的氧气纯度下降，需要用真空泵抽出吸附在分子筛上面的氮，然后重复上述过程。这种制取氧的方法亦称吸附法。最近，利用吸附法制氧的小型制氧机已经开发出来，便于家庭使用。 3、电解制氧法 把水放入电解槽中，加入氢氧化钠或氢氧化钾以提高水的电解度，然后通入直流电，水就分解为氧气和氢气。每制取一立方米氧，同时获得两立方米氢。用电解法制取一立方米氧要耗电1215千瓦

20、小时，与上述两种方法的耗电量（055060千瓦小时）相比，是很不经济的。所以，电解法不适用于大量制氧。另外同时产生的氢气如果没有妥善的方法收集，在空气中聚集起来，如与氧气混合，容易发生极其剧烈的爆炸。所以，电解法也不适用家庭制氧的方法。 （二）化学制氧 工业和医用氧气均购自制氧厂。工厂制氧的原料是空气，故价格非常便宜。但是，氧气的贮存（高压氧气用钢瓶、液氧要用特殊贮罐）、运输、使用不太方便。因此远离氧气厂的偏远山区运输困难，另外有些特殊环境如病人家中、高空飞行、水下航行的潜艇、潜水作业、矿井抢救等携带巨大笨重的钢瓶极为不便，小型钢瓶贮氧量小，使用时间短，因此就出现化学制氧法，在化合物中以无机过

21、氧化物含氧量最多且易释放，目前化学制氧多采用过氧化物来制氧。 对无机过氧化合物的科学研究开始于18世纪。1798年德国自然科学家洪堡(Alexandervon Humboldt)采用在高温中把氧化钡氧化的方法，制取了过氧化钡。1810年法国化学家盖一吕萨克(JosephLouis GayLussac)和泰纳尔(LouisJacques Thenard)合作制取了过氧化钠和过氧化钾。1818年泰纳尔又用酸处理过氧化钡，再经蒸馏发现了过氧化氢。200年来，化学家们不断地研究，发现大量无机过氧化合物。这些过氧化物，在遇热或遇水或遇其他化学试剂的时候，很容易析出氧气。常用的过氧化物有以下几种： 1、液

22、体过氧化物（液体产氧剂）双氧水 双氧水的化学名称是过氧化氢(H2O2)，为无色透明液体，有微弱的特殊臭氧味，是很不稳定的物质，在遇热、遇碱、混入杂质等许多情况下都会加速分解。温度每升高5，它的分解速度就要增加15倍。即便是稀释后浓度为35的双氧水，在pH值增加(例如贮存在含碱玻璃瓶里)超过6个小时就要发生急剧分解。双氧水中混入少量杂质（如铁、铜、黄铜、青铜、铅、银、铬、锰等金属粉末或它们的盐类），即便在室温下，同样要引起急剧的分解，产生氧气。 双氧水是过氧化物中最基本的物质，也是各国科学家最早认识的化学产氧剂。双氧水具有产氧量较大(30的稀释液中，有效氧含量为141)和成本较低的好处。但是，双

23、氧水是强腐蚀剂，稍稍不慎便会造成人身伤害，而且在许多情况下还可引起爆炸或燃烧，无论在使用或贮存、运输中都属于危险品。比如：在常压下，双氧水的蒸汽浓度达到40%以上时，温度过高即有爆炸危险。双氧水与有机物混合，能生成敏感和强烈的高效炸药。双氧水与醇类、甘油等有机物混合，就形成极危险的爆炸性混合物。双氧水是强烈氧化剂，对有机物、特别对纺织物和纸张有腐蚀性，与大多数可燃物接触都能自行燃烧。工艺流程 压缩空气的用途以及原理经空气压缩机做机械功使本身体积缩小、压力提高后的空气叫压缩空气。压缩空气是一种重要的动力源。与其它能源比，它具有下列明显的特点：清晰透明，输送方便，没有特殊的有害性能，没有起火危险，

24、不怕超负荷，能在许多不利环境下工作，空气在地面上到处都有，取之不尽。缩空气是仅次于电力的第二大动力能源，又是具有多种用途的工艺气源，其应用范围遍及石油、化工、冶金、电力、机械、轻工、纺织、汽车制造、电子、食品、医药、生化、国防、科研等行业和部门。一、压缩空气的定义特点； 1.经空气压缩机做机械功使本身体积缩小、压力提高后的空气叫压缩空气。压缩空气是一种重要的动力源。与其它能源比，它具有下列明显的特点：清晰透明，输送方便，没有特殊的有害性能，没有起火危险，不怕超负荷，能在许多不利环境下工作，空气在地面上到处都有，取之不尽。 2.缩空气是仅次于电力的第二大动力能源，又是具有多种用途的工艺气源，其应

25、用范围遍及石油、化工、冶金、电力、机械、轻工、纺织、汽车制造、电子、食品、医药、生化、国防、科研等行业和部门。 二、压缩空气的作用 1、而在粉末状香料的生产中，压缩空气有着特别重要的意义，它又必须是干燥、清洁且几近无菌的。这是对压缩空气处理的一个特别的挑战。 2、气动压缩机，切纸机，挖掘机等等一系列动力机械 3、空调制冷和加热离不开它 4、各种轮胎获得了弹性 5、注射器应用 6、压缩空气作为能量载体 7、空气悬架工作原理就是用空气压缩机形成压缩空气，并将压缩空气送到弹簧和减振器的空气 室中，以此来改变车辆的高度。 8、压缩空气自动排水器 9、多功能组合式压缩空气净化器 10、利用压缩空气使铝液

26、发泡是当前最先进最廉价的大规模连续生产泡沫铝材的制造技术。 11、压缩空气净化冷干机、吸干机、精密过滤器、精密滤芯，气液分离器等一系列仪器设备 12、下水道简易通堵设备 13 压缩空气一般是作为一种动力源，应用很广。 驱动气缸，产生直线运动；驱动气动马达，产生旋转运动；驱动射流元件，进行运算和控制。 利用其携带某些物质，完成工作。例如喷砂清理；喷药；喷水清洗；喷漆。 利用其可压缩特性，起缓冲，弹簧作用。气体弹簧；缓冲垫等。 14军事上的应用 有一种鱼雷是由压缩空气为动力驱动的。除此还有气枪。还有美国早期的无人侦察机，其运算控制系统是由射流元件组成的，原因可能是当时计算机还不行或抗电磁干扰。 海

27、上作用：打捞沉船用的浮囊、浮箱，浅潜用气瓶。螺杆空压机的工作原理一、螺杆式空气压缩机的概述 螺杆式空气压缩机是喷油单级双螺杆压缩机，采用高效带轮(或轴器)传动，带动主机转动进行空气压缩，通过喷油对主机压缩腔进行冷却和润滑，压缩腔排出的空气和油混合气体经过粗、精两道分离，将压缩空气中的油分离出来，最后得到洁净的压缩空气。 双螺杆空气压缩机具有优良的可靠性能，机组重量轻、震动小、噪声低、操作方便、易损件少、运行效率高是其最大的优点。 二、压缩机主机工作原理 螺杆式空气压缩机的核心部件是压缩机主机，是容积式压缩机中的一种，空气的压缩是靠装置于机壳内互相平行啮合的阴阳转子的齿槽之容积变化而达到。转子副

28、在与它精密配合的机壳内转动使转子齿槽之间的气体不断地产生周期性的容积变化而沿着转子轴线，由吸入侧推向排出侧,完成吸入、压缩、排气三个工作过程。因此，双螺杆转子的型线技术决定着螺杆式空气压缩机产品定位的档次。（有关申行健的型线技术参见主页“双螺杆空压机核心技术”栏目）。 三、双螺杆空压机的工作流程 空气通过进气过滤器将大气中的灰尘或杂质滤除后，由进气控制阀进入压缩机主机，在压缩过程中与喷入的冷却润滑油混合，经压缩后的混合气体从压缩腔排入油气分离罐，此时压缩排出的含油气体通过碰撞、拦截、重力作用，绝大部份的油介质被分离下来，然后进入油气精分离器进行二次分离，得到含油量很少的压缩空气，当空气被压缩到

29、规定的压力值时，最小压力阀开启，排出压缩空气到冷却器进行冷却，最后送入使用系统。工艺流程 工业冷水机组的冷却原理工业冷水机组系统的运作是通过三个相互联系的系统：制冷剂循环系统、水循环系统、电器自控系统。工业冷水机组系统的运作是通过三个相互联系的系统：制冷剂循环系统、水循环系统、电器自控系统。制冷剂循环系统：蒸发器中的液态制冷剂吸收水中的热量并开始蒸发，最终制冷剂与水之间形成一定的温度差，液态制冷剂亦完全蒸发变为气态，后被压缩机吸入并压缩（压力和温度增加）,气态制冷剂通过冷凝器（风冷/水冷）吸收热量，凝结成液体。通过膨胀阀（或毛细管）节流后变成低温低压制冷剂进入蒸发器，完成制冷剂循环过程。水循环

30、系统：水泵负责将水从水箱抽出泵到用户需冷却的设备，冷冻水将热量带走后温度升高，再回到冷冻水箱中。电器自控系统：包括电源部分和自动控制部分。电源部分是通过接触器，对压缩机、风扇、水泵等供应电源。自动控制部分包括温控器、压力保护、延时器、继电器、过载保护等相互组合达到根椐水温自动启停，保护等功能。【制氧/制氮主要工艺设备介绍】制氧/制氨设备空气过滤器空气过滤器是指空气过滤装置，一般用于洁净车间，洁净厂房，实验室及洁净手术室。空气过滤器根据其工作原理可以分为初效过滤器，中效过滤器，高效过滤器及亚高效等型号。空气过滤器是指空气过滤装置，一般用于洁净车间，洁净厂房，实验室及洁净手术室。空气过滤器根据其工

31、作原理可以分为初效过滤器，中效过滤器，高效过滤器及亚高效等型号。高效空气过滤器：适用于常温、常湿，允许含有微量酸、碱有机溶剂的空气过滤，该产品效率高，阻力低，容尘量大，广泛应用于航天、航空、电子、制药、生物工程等领域。可根据用户需求制作0.30.1m捕集效率99.999%的超高效过滤器；各种非标过滤器和亚高效过滤器（95%效率99.90%）。V型密褶式过滤器用于一般通风系统，具有过滤面积大，阻力低，使用寿命长等特点。它可做为高效过滤器的预过滤器使用，从而有效延长高效过滤器的使用寿命。DC、DZ型粗中效袋式过滤器采用初、中效无纺布做滤料，冷板喷塑做框架，作为一、二级过滤，该产品具有容尘量大，阻力

32、小及可清洗等优点，根据使用环境和选材不同，其过滤器效率等级分为F5、F6、F7、F8。制氧/制氨设备空分设备空分设备就是以空气为原料，通过压缩循环深度冷冻的方法把空气变成液态，再经过精馏而从液态空气中逐步分离生产出氧气、氮气及氩气等惰性气体的设备。 目前我国生产的空分设备的形式、种类繁多。有生产气态氧、氮的装置，也有生产液态氧、氮的装置。但就基本流程而言，主要有四种，即高压、中压、高低压和全低压流程。制氧/制氮设备空分设备空分设备就是以空气为原料，通过压缩循环深度冷冻的方法把空气变成液态，再经过精馏而从液态空气中逐步分离生产出氧气、氮气及氩气等惰性气体的设备。 目前我国生产的空分设备的形式、种

33、类繁多。有生产气态氧、氮的装置，也有生产液态氧、氮的装置。但就基本流程而言，主要有四种，即高压、中压、高低压和全低压流程。我国空分设备的生产规模已经从早期只能生产20m3/h（氧）的制氧机，发展到现在具有生产20000 m3/h、30000 m3/h和50000 m3/h（氧）的特大型空分设备的能力。 1.2空分设备的基本系统： 空分设备从工艺流程来说可以分为5个基本系统： 1) 杂质的净化系统：主要是通过空气过滤器和分子筛吸收器等装置，净化空气中混有的机械杂质、水分、二氧化碳、乙炔等。 2) 空气冷却和液化系统：主要由空气压缩机、热交换器、膨胀机和空气节流阀等组成，起到使空气深度冷冻的作用。

34、 3)空气精馏系统：主要部件为精馏塔（上塔、下塔）、冷凝蒸发器、过冷器、液空和液氮节流阀。起到将空气中各种组分分离的作用 4)加温吹除系统：用加温吹除的方法使净化系统再生。 5)仪表控制系统：通过各种仪表对整个工艺进行控制。制氧/制氨设备冷水机组由于空气压缩会产生热量，在对压缩空气进行进一步处理的前，需要通过冷水机组对压缩空气降温。冷水机组种类：溴化锂冷水机组、水冷式冷水机组、风冷式冷水机组。由于空气压缩会产生热量，在对压缩空气进行进一步处理的前，需要通过冷水机组对压缩空气降温。冷水机组种类：1、溴化锂冷水机组：A、直燃型吸收式冷（温）水机组 B蒸汽型吸收式冷水机组 C、温水型吸收式冷水机组

35、2、水冷式冷水机组：A、离心式冷水机组 B、螺杆式冷水机且 C、螺杆式水-水热泵机组 D、活塞式冷水机组 3、风冷式冷水机组：A、活塞式冷水机组 B、螺杆式冷水机组 说明： 风冷式-表示冷凝器的冷凝方式为风扇吹冷的。 水冷式-表示冷凝器的冷凝方式为用水来冷却的。 活塞式-压缩机为活塞式 螺杆式-压缩机为螺杆式制氧/制氨设备空气冷却器用空气冷却热流体的换热器。管内的热流体通过管壁和翅片与管外空气进行换热，所用的空气通常由通风机供给。空气冷却器可用于冷却或冷凝,广泛应用于:炼油、石油化工塔顶蒸气的冷凝；回流油、塔底油的冷却；各种反应生成物的冷却；循环气体的冷却和电站汽轮机排气的冷凝。工作压力可达6

36、9兆帕。但耗电量、噪声和占地面积均大，冷却效果受气候变化影响较大。空气冷却器air cooled heat exchanger用空气冷却热流体的换热器。管内的热流体通过管壁和翅片与管外空气进行换热，所用的空气通常由通风机供给。空气冷却器可用于冷却或冷凝,广泛应用于:炼油、石油化工塔顶蒸气的冷凝；回流油、塔底油的冷却；各种反应生成物的冷却；循环气体的冷却和电站汽轮机排气的冷凝。工作压力可达69兆帕。但耗电量、噪声和占地面积均大，冷却效果受气候变化影响较大。结构 空气冷却器主要由管束、通风机和构架 3部分组成（图1）。 管束包括传热管、管箱、侧梁和横梁等。它可按卧式、立式和斜顶式（人字式）3种基本

37、形式布置（图2）。 其中,卧式布置传热面积大,空气分布均匀，传热效果好；斜顶布置时,通风机安装在人字中央空间,占地面积小，结构紧凑。为抵消空气侧的给热系数较低的影响，通常采用光管外壁装翅片的管子。翅片管作为传热管,可以扩大传热面积。翅片管分层排列,其两端用焊接或胀接方法连接在管箱上。排管一般为38排。管束系列尺寸最长达12米。光管外径常为25毫米和38毫米,翅片高度一般取1215毫米,管束宽为1003000毫米。翅片管是空气冷却器的核心元件，其形式和材料直接影响设备性能。管子可用碳钢、铜、铝和不锈钢等制成；翅片材料根据使用环境和制造工艺来确定，大多用工业纯铝，在防腐蚀要求很高或在制造工艺条件特

38、殊的情况下也采用铜或不锈钢。翅片可按横向或纵向排列。翅片管的基本形式（图3）有：绕片式、镶片式、轧片式、套片式、焊片式、椭圆管式、紊流式（包括轮辐式、开槽形和波纹形等）。管箱的结构主要有法兰式、管堵式和集合管式（图4）。一般前者用于中低压，后两者用于高压。为适应管束的热膨胀，一端管箱不固定，容许沿管长方向位移。通风机通常采用轴流通风机。通风方式 通风有鼓风和引风两种方式。鼓风式：空气先流经通风机后流入管束。引风式：空气先流经管束后流入通风机。前者操作费用较经济，产生的湍流对传热有利，使用较多。后者气流分布均匀，有利于温度精确控制，噪声小，是发展的方向。热流体出口温度主要靠调节通过管束的风量来控

39、制，即调节叶片的倾角、通风机转速和百叶窗的开启程度等。对冬季易凝、易冻的流体，可采用热风循环或蒸汽加热的办法调节流体出口温度。 发展 采用空气冷却器可节省大量工业用水，减少污染，保护环境，降低基建费用。为扩大空气冷却器的使用范围,20世纪60年代出现了增湿式空气冷却器,即在管束前增加喷水装置，利用少量雾化水在翅片表面的蒸发作用显著地强化传热，其传热效能较干式提高24倍。增湿式空气冷却器已在炼油厂得到广泛应用。干式空冷管束和湿式空冷管束亦可组成联合型空气冷却器。研制低接触热阻和高传热效能的翅片管、低电耗、低噪声的通风机是空气冷却器发展的关键。制氧/制氨设备空气压缩机空气压缩机是气源装置中的主体，

40、它是将原动机（通常是电动机）的机械能转换成气体压力能的装置，是压缩空气的气压发生装置。现在常用的空气压缩机有活塞式空气压缩机,螺杆式空气压缩机,(螺杆空气压缩机又分为双螺杆空气压缩机和单螺杆空气压缩机),离心式压缩机以及滑片式空气压缩机,涡旋式空气压缩机.制氧/制氮设备空气压缩机1. 空气压缩机的分类空气压缩机是气源装置中的主体，它是将原动机（通常是电动机）的机械能转换成气体压力能的装置，是压缩空气的气压发生装置。空气压缩机的种类很多，按工作原理可分为容积式压缩机,往复式压缩机,离心式压缩机,容积式压缩机的工作原理是压缩气体的体积，使单位体积内气体分子的密度增加以提高压缩空气的压力；离心式压缩

41、机的工作原理是提高气体分子的运动速度，使气体分子具有的动能转化为气体的压力能，从而提高压缩空气的压力。往复式压缩机(也称活塞式压缩机)的工作原理是直接压缩气体,当气体达到一定压力后排出.2.现在常用的空气压缩机有活塞式空气压缩机,螺杆式空气压缩机,(螺杆空气压缩机又分为双螺杆空气压缩机和单螺杆空气压缩机),离心式压缩机以及滑片式空气压缩机,涡旋式空气压缩机.2. 活塞式空气压缩机的工作原理在气压传动中，通常采用容积型活塞式空气压缩机。这里介绍两种典型结构，用来帮助理解空气压缩机的工作原理。图3.33(动画）和图3.34(动画）分别给出了立式、卧式空气压缩机的工作原理图。立式空气压缩机的气缸中心

42、线与地面垂直，卧式空气压缩机的气缸中心线则与地面平行。原动机（电动机或内燃机）的回转运动经曲柄连杆机构转换为活塞的往复直线运动。空气压缩机中 的进气、排气过程与液压泵的吸油、压油过程类似，这里不再赘述。3. 空气压缩机的选择空气压缩机的选择主要依据气动系统的工作压力和流量。气源的工作压力应比气动系统中的最高工作压力高20%左右，因为要考虑供气管道的沿程损失和局部损失。如果系统中某些地方的工作压力要求较低，可以采用减压阀来供气。空气压缩机的额定排气压力分为低压（0.71.0MPa）、中压（1.010MPa）、 高压（10100MPa）和超高压（100MPa以上），可根据实际需求来选择。常见使用压

43、力一般为0.7-1.25制氧/制氨设备分子筛分子筛是一种具有立方晶格的硅铝酸盐化合物，主要由硅铝通过氧桥连接组成空旷的骨架结构，在结构中有很多孔径均匀的孔道和排列整齐、内表面积很大的空穴。此外还含有电价较低而离子半径较大的金属离子和化合态的水。由于水分子在加热后连续地失去，但晶体骨架结构不变，形成了许多大小相同的空腔，空腔又有许多直径相同的微孔相连，这些微小的孔穴直径大小均匀，能把比孔道直径小的分子吸附到孔穴的内部中来，而把比孔道大得分子排斥在外,因而能把形状直径大小不同的分子，极性程度不同的分子，沸点不同的分子，饱和程度不同的分子分离开来，即具有“筛分”分子的作用，故称为分子筛。分子筛是一种

44、具有立方晶格的硅铝酸盐化合物，主要由硅铝通过氧桥连接组成空旷的骨架结构，在结构中有很多孔径均匀的孔道和排列整齐、内表面积很大的空穴。此外还含有电价较低而离子半径较大的金属离子和化合态的水。由于水分子在加热后连续地失去，但晶体骨架结构不变，形成了许多大小相同的空腔，空腔又有许多直径相同的微孔相连，这些微小的孔穴直径大小均匀，能把比孔道直径小的分子吸附到孔穴的内部中来，而把比孔道大得分子排斥在外,因而能把形状直径大小不同的分子，极性程度不同的分子，沸点不同的分子，饱和程度不同的分子分离开来，即具有“筛分”分子的作用，故称为分子筛。目前分子筛在冶金，化工，电子，石油化工，天然气等工业中广泛使用。 气

45、体行业常用的分子筛型号;A型:钾A(3A),钠A(4A),钙A(5A),X型:钙X(10X),钠X(13X)Y型:钠Y,钙Y分子筛吸湿能力极强,用于气体的纯化处理,保存时应避免直接暴露在空气中。存放时间较长并已经吸湿的分子筛使用前应进行再生。分子筛忌油和液态水。使用时应尽量避免与油及液态水接触。工业生产中干燥处理的气体有,空气,氢气,氧气,氮气,氩气等.用两只吸附干燥器并联，一只工作，同时另一只可以进行再生处理。相互交替工作和再生，以保证设备连续运行。干燥器在8-12下工作，在加温至350下冲气再生。制氧/制氨设备精馏塔精馏塔是进行精馏的一种塔式汽液接触装置，又称为蒸馏塔。有板式塔与填料塔两种

46、主要类型。根据操作方式又可分为连续精馏塔与间歇精馏塔。制氧/制氮设备精馏塔fractionating column 精馏塔是进行精馏的一种塔式汽液接触装置，又称为蒸馏塔。有板式塔与填料塔两种主要类型。根据操作方式又可分为连续精馏塔与间歇精馏塔。蒸气由塔底进入，与下降液进行逆流接触，两相接触中，下降液中的易挥发(低沸点)组分不断地向蒸气中转移，蒸气中的难挥发(高沸点)组分不断地向下降液中转移，蒸气愈接近塔顶，其易挥发组分浓度愈高，而下降液愈接近塔底，其难挥发组分则愈富集，达到组分分离的目的。由塔顶上升的蒸气进入冷凝器，冷凝的液体的一部分作为回流液返回塔顶进入精馏塔中，其余的部分则作为馏出液取出。

47、塔底流出的液体，其中的一部分送入再沸器，热蒸发后，蒸气返回塔中，另一部分液体作为釜残液取出。制氧/制氨设备膨胀机利用压缩气体膨胀降压时向外输出机械功使气体温度降低的原理以获得冷量的机械。膨胀机常用于深低温设备中。膨胀机按运动形式和结构分为活塞膨胀机和透平膨胀机两类。活塞膨胀机主要适用于高压力比和小流量的中小型高、中压深低温设备。透平膨胀机与活塞膨胀机相比，具有流量大、结构简单、体积小、效率高和运转周期长等特点，适用于大中型深低温设备。制氧/制氮设备膨胀机expander利用压缩气体膨胀降压时向外输出机械功使气体温度降低的原理以获得冷量的机械。膨胀机常用于深低温设备中。膨胀机按运动形式和结构分为

48、活塞膨胀机和透平膨胀机两类。活塞膨胀机主要适用于高压力比和小流量的中小型高、中压深低温设备。透平膨胀机与活塞膨胀机相比，具有流量大、结构简单、体积小、效率高和运转周期长等特点，适用于大中型深低温设备。活塞膨胀机使气体在可变容积中膨胀，输出外功制冷的膨胀机(通常由电动机制动吸收外功)。这种膨胀机分立式和卧式两种。采用较多的是立式结构，曲轴、连杆、十字头、活塞、进气阀和排气阀等是运动件，分别装在机身、气缸和中间座中，其作用近似于往复活塞压缩机，但其进、排气阀系借进、排气凸轮定时启闭。活塞膨胀机由于存在进、排气阀流动阻力、不完全膨胀、摩擦热、外热与内部热交换等引起的冷量损失，一般绝热效率为：高压膨胀

49、机6585，中压膨胀机6070。20世纪50年代相继出现的不用凸轮传动机构的无阀和单阀膨胀机，减少了膨胀机的运动件，提高了机器运转可靠性，已在小型深低温设备上得到广泛的应用。60年代，采用加填充剂的聚四氟乙烯密封元件代替用油润滑的金属制密封元件，避免润滑油带入深低温精馏区或液化区，保证了安全。透平膨胀机以气体膨胀时速度能的变化来传递能量的膨胀机。这种膨胀机有单级和双级、立式和卧式、冲动式和反动式之分。一般采用单级向心径流反动式，传出的外功由发电机、鼓风机或油制动器所吸收。它近似于单级离心压缩机，但具有调节进气量用的（可调叶片）导流器。低速轴承用油强制润滑，高速的采用气体轴承。透平膨胀机由于有喷

50、嘴损失、叶轮损失、余速损失、轮盘摩擦损失、泄漏损失、窜流损失和外热侵入损失，一般绝热效率为:中压膨胀机6575，低压膨胀机7585。60年代已制成带液膨胀机，大多用于天然气分离设备。 制氧/制氨设备换热器换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。在石油、化工、轻工、制药、能源等工业生产中，常常需要把低温流体加热或者把高温流体冷却，把液体汽化成蒸汽或者把蒸汽冷凝成液体。这些过程均和热量传递有着密切联系，因而均可以通过换热器来完成。随着经济的发展，各种不同型式和种类的换热器发展很快，新结构、新材料的换热器不断涌现。为了适

51、应发展的需要，我国对某些种类的换热器已经建立了标准，形成了系列。完善的换热器在设计或选型时应满足以下基本要求： （1） 合理地实现所规定的工艺条件； （2） 结构安全可靠； （3） 便于制造、安装、操作和维修； （4） 经济上合理。 换热器的应用广泛，日常生活中取暖用的暖气散热片、汽轮机装置中的凝汽器和航天火箭上的油冷却器等，都是换热器。它还广泛应用于化工、石油、动力和原子能等工业部门。它的主要功能是保证工艺过程对介质所要求的特定温度，同时也是提高能源利用率的主要设备之一。换热器既可是一种单独的设备，如加热器、冷却器和凝汽器等；也可是某一工艺设备的组成部分，如氨合成塔内的热交换器。由于制造工艺

52、和科学水平的限制，早期的换热器只能采用简单的结构，而且传热面积小、体积大和笨重，如蛇管式换热器等。随着制造工艺的发展，逐步形成一种管壳式换热器，它不仅单位体积具有较大的传热面积，而且传热效果也较好，长期以来在工业生产中成为一种典型的换热器。二十世纪20年代出现板式换热器，并应用于食品工业。以板代管制成的换热器，结构紧凑，传热效果好，因此陆续发展为多种形式。30年代初，瑞典首次制成螺旋板换热器。接着英国用钎焊法制造出一种由铜及其合金材料制成的板翅式换热器，用于飞机发动机的散热。30年代末，瑞典又制造出第一台板壳式换热器，用于纸浆工厂。在此期间，为了解决强腐蚀性介质的换热问题，人们对新型材料制成的

53、换热器开始注意。60年代左右，由于空间技术和尖端科学的迅速发展，迫切需要各种高效能紧凑型的换热器，再加上冲压、钎焊和密封等技术的发展，换热器制造工艺得到进一步完善，从而推动了紧凑型板面式换热器的蓬勃发展和广泛应用。此外，自60年代开始，为了适应高温和高压条件下的换热和节能的需要，典型的管壳式换热器也得到了进一步的发展。70年代中期，为了强化传热，在研究和发展热管的基础上又创制出热管式换热器。换热器按传热方式的不同可分为混合式、蓄热式和间壁式三类。混合式换热器是通过冷、热流体的直接接触、混合进行热量交换的换热器，又称接触式换热器。由于两流体混合换热后必须及时分离，这类换热器适合于气、液两流体之间

54、的换热。例如，化工厂和发电厂所用的凉水塔中，热水由上往下喷淋，而冷空气自下而上吸入，在填充物的水膜表面或飞沫及水滴表面，热水和冷空气相互接触进行换热，热水被冷却，冷空气被加热，然后依靠两流体本身的密度差得以及时分离。蓄热式换热器是利用冷、热流体交替流经蓄热室中的蓄热体(填料)表面，从而进行热量交换的换热器，如炼焦炉下方预热空气的蓄热室。这类换热器主要用于回收和利用高温废气的热量。以回收冷量为目的的同类设备称蓄冷器，多用于空气分离装置中。间壁式换热器的冷、热流体被固体间壁隔开，并通过间壁进行热量交换的换热器，因此又称表面式换热器，这类换热器应用最广。间壁式换热器根据传热面的结构不同可分为管式、板

55、面式和其他型式。管式换热器以管子表面作为传热面，包括蛇管式换热器、套管式换热器和管壳式换热器等；板面式换热器以板面作为传热面，包括板式换热器、螺旋板换热器、板翅式换热器、板壳式换热器和伞板换热器等；其他型式换热器是为满足某些特殊要求而设计的换热器，如刮面式换热器、转盘式换热器和空气冷却器等。换热器中流体的相对流向一般有顺流和逆流两种。顺流时，入口处两流体的温差最大，并沿传热表面逐渐减小，至出口处温差为最小。逆流时，沿传热表面两流体的温差分布较均匀。在冷、热流体的进出口温度一定的条件下，当两种流体都无相变时，以逆流的平均温差最大顺流最小。在完成同样传热量的条件下，采用逆流可使平均温差增大，换热器

56、的传热面积减小；若传热面积不变，采用逆流时可使加热或冷却流体的消耗量降低。前者可节省设备费，后者可节省操作费，故在设计或生产使用中应尽量采用逆流换热。当冷、热流体两者或其中一种有物相变化(沸腾或冷凝)时，由于相变时只放出或吸收汽化潜热，流体本身的温度并无变化，因此流体的进出口温度相等，这时两流体的温差就与流体的流向选择无关了。除顺流和逆流这两种流向外，还有错流和折流等流向。在传热过程中，降低间壁式换热器中的热阻，以提高传热系数是一个重要的问题。热阻主要来源于间壁两侧粘滞于传热面上的流体薄层(称为边界层)，和换热器使用中在壁两侧形成的污垢层，金属壁的热阻相对较小。增加流体的流速和扰动性，可减薄边界层，降低热阻提高给热系数。但增加流体流速会使能量消耗增加，故设计时应在减小热阻和降低能耗之间作合理的协调。为了降低污垢的热阻，可设法延缓污垢的形成，并定期清洗传热面。一般换热器都用金属材料制成，其中碳素钢和低合金钢大多用于制造中、低压换热器；不锈钢除主要用于不同的耐腐蚀条件外，奥氏体不锈钢还可作为耐高、低温的材料；铜、铝及其合金多用于制造低温换热器；镍合金则用于高温条件下；非金属材料除制作垫片零件外，有些已开始用于制作非金属材料的耐蚀换热器，如石墨换热器、氟塑料换热器和玻璃换热器等。