制氧工艺及设备5.30.ppt

精馏概述 精馏原理 一次部分汽化 xF x1 y1 加热器 分离器 冷凝器 特点：分离效果差 精馏概述 精馏原理多次部分汽化 xF x1 x2 x3 y1 y2 y3 y3 或xD 分离器 分离器 分离器 加热器 加热器 冷凝器 冷凝器 冷凝器 加热器 精馏概述 精馏原理 xF x1 x2 x3 y1 y2 y3 y3 或xD 多次部分汽化的缺点： 流程过于庞大； 设备费用极高； 部分汽化需要加热剂； 部分冷凝需要冷却剂； 能量消耗大； 纯产品的收率很低。 制氧精馏概述 精馏原理(多次部分汽化带回流) 原料 V0 L1 V1 L0 Vn-1 Vn Ln Ln-1 L3 V2 Vn-2 冷源 加热蒸汽 L’0 L’1 L’2 V’1 V’2 V’3 V’n-1 L’n-1 V’n L’n 热源 精馏概述 精馏概述 精馏原理(多次部分汽化带回流) 塔板的作用 塔板的作用是提供气液分离的场所；每一块塔板是一个混合分离器，并且足够多的板数可使各组分较完全分离。因此每一块塔板是一个混合分离器，经过若干块塔板上的传质后（塔板数足够多），即可达到对溶液中各组分进行较完全分离的目的。 精馏概述 精馏原理(多次部分汽化带回流) 回流的作用 回流的主要作用就是提供不平衡的汽液两相，而构成汽液两相接触传质的必要条件。 精馏塔内由于塔顶的液相回流和塔底的汽相回流，为每块塔板提供了汽、液来源。 精馏概述 精馏原理氧、氮精馏 制氧精馏概述 筛板工作示意图 精馏概述 精馏设备 精馏塔分类 板式塔 精馏塔 填料塔 精馏设备 板式塔特点 正常鼓泡：蒸汽上升的速度达到一定数值后，塔板上就会出现全面均匀的鼓泡，气体激烈的搅动着液体，使液体呈薄膜状半悬浮地运动着，气、液相接触最好。同时有少量的液体被喷成雾沫分散在气相中。 不均匀鼓泡：蒸汽上升的速度较小，只能在塔板上的局部地区以链状气池的状态穿过液层，鼓池地区也是不固定的，在不鼓泡地区液体将从小孔中漏下。不均匀鼓泡义称液漏。 雾沫夹带：蒸汽速度进一步增大，或板间距太小，没有足够的使气、液分离的空间时，蒸汽将夹带着液体上升到另一块塔板上，使塔板效率降低，这种情况称雾沫夹带，在筛板塔设计中是不允许的。 液泛：蒸汽速度过大，使塔板阻力过大，液体不能从上—块塔板流到下一块塔板，气、液相间的对流停止，精馏工况被破坏，这种情况称为液泛。液泛是塔板设计及操作时绝对不允许的。 精馏设备 填料塔 填料塔以填料作为气液接触元件，气液两相在填料呈中逆向连续接触。 精馏设备 筛板塔和填料塔的优缺点 筛板塔 填料塔 阻力 大 小 操作弹性 70%~105% 30%~110% 液体滞留量 大 小 塔径 大 小 塔高 低 高 分离效率 低 高 变负荷速度 慢 快 从上表可以看出：虽然填料塔高度增加，但其具有阻力小、分离效率高、塔径小等多项 优点，目前空分装置的上塔和氩塔全部采用规整填料塔，下塔也逐渐开始采用填料塔 精馏设备 填料分类 填料 实体填料 网体填料 拉西环 θ环 十字环 螺旋环 短拉西环 鲍尔环-阶梯环 鞍形填料 弧鞍形（马鞍）填料 矩鞍形（槽鞍）填料 波纹板填料 栅条填料 θ网环 双层θ网环 压延孔环 网鞍填料 波纹网填料 空分设备用 精馏设备 填料塔特点： 压力降小，生产能力大。由于它是规整结构，故压力降较—般乱堆填料低，因而空塔速度可以提高。 由于其结构紧凑，具有很大的比表面，且填料的结构能促进气液分布均匀化，使传质效率提高。 操作弹性大。 制氧精馏设备与操作 波纹板填料 填料支撑、填料压圈 空分设备中的填料及内件 液体收集器 液体分布器 精馏设备 精馏设备 填料塔特点 ① 恒持液量区 持液量：操作时单位体积填料层内持有的液体体积。 气速较低时，液体的流动与气速无关，所以持液量不变。 ② 载液区 气速增大到一定时，气流开始阻碍液体下流，持液量开始增加，出现拦液现象，此点为载点。 ③ 液泛区 气速再增大时，液相变为连续相，气相变为分散相，双膜传质变为鼓泡传质，出现液泛现象，此点为泛点。 制氧工艺流程 我国从1953年，在哈氧第一台制氧机，目前出现的全低压制氧机，这期间经历了几代变革： 第一代：高低压循环，氨预冷，氮气透平膨胀，吸收法除杂质； 第二代：石头蓄冷除杂质，空气透平膨胀低压循环； 第三代：可逆式换热器； 第四代：分子筛纯化； 第五代：分子筛纯化，规整填料，增压透平膨胀机的低压循环； 第六代：内压缩流程，规整填料，全精馏无氢制氩； ○全低压工艺流程：只生产气体产品，基本上不产液体产品； ○内压缩流程：化工类：5~8：临界状态以