第3章 空气分离.ppt

空气的净化 空气净化的目的是脱除空气中所含的机械杂质、水分、二氧化碳、烃类化合物(主要为乙炔)等杂质,以保证空分装置顺利进行和长期安全运转。这些杂质在空气中的一般含量见表 1、机械杂质的脱除 机械杂质一般用设置在空气压缩机入口管道上的空气过滤器脱除。 常用的空气过滤器分湿式和干式两类。湿式包括拉西环式和油浸式;干式包括袋式、干带式和自洁式 拉西环式过滤器拉西环式过滤器由钢制外壳和装有拉西环的插入盒构成见图,拉西环上涂有低凝固点的过滤油。空气通过时,灰尘等机械杂质便附着在拉西环的过滤油上,拉西环式过滤器通常适用于小型空分装置。 ?油浸式过滤器油浸式过滤器由许多片状链组成,链借链轮的作用以2mm/min的速度移动或间歇移动(见图）。片状链上有钢架,钢架悬挂在链的活动接头上,架上铺有孔为1mm2的细网。空气通过网架时,将所含灰尘留在网上的油膜中。随着链的回转,附着的灰尘通过油槽时被洗掉,并重被覆盖一层新的油膜。油浸式过滤器的效率一般为93%~99% ?袋式过滤器袋式过滤器一般由滤袋、清灰装置、清灰控制装置等组成(见图)。滤袋是过滤除尘的主体,它由滤布和固定框架组成 干带式过滤器干带式过滤器的结构如图所示。干带式过滤器所用的干带,是一种尼龙丝组成的长毛绒状制品或毛质滤带。干带上、下两端装有滚筒,滚筒由电动机及变速器传动。当通过干带的空气阻力超过规定值(200Pa)时,滚筒电动机启动,使干带转动,脏带存人上滚筒。当阻力恢复正常后,即自动停 自洁式空气过滤器 自洁式空气过滤器的结构如图所示。主要由高效过滤桶、文氏管、自洁专用喷头、反吹系统、控制系统、净气室、出风口和框架等组成。 (1)过滤过程 (2)自洁过程 2、水分、二氧化碳的脱除 脱除水分、二氧化碳的方法有吸附法和冻结法等。不同的装置采用不同的方法。 空气预冷系统 空气预冷系统是空气分离设备的一个重要组成部分,它位于空气压缩机和分子筛吸附系统之间,用来降低进分子筛吸附系统空气的温度及H2O(g)、CO2含量,合理利用空气分离系统的冷量。 在填料式空气冷却塔(简称空冷塔)的下段,出空压机的热空气被常温的水喷淋降温,并洗涤空气中的灰尘和能溶于水的NO2、SO2、Cl2、HF等对分子筛有毒害作用的物质;在空冷塔的上段,用经降温过的冷水喷淋热空气,使空气的温度降至10~20℃。 分子筛吸附法 自20世纪70年代开始,在全低压空分设备上,逐渐用常温分子筛净化空气的技术来取代原先使用的碱洗及干燥法脱除水分和二氧化碳的方法。 此法让空冷塔预冷后的空气,自下而上流过分子筛吸附器(以下简称吸附器),空气中所含有的H2O、CO2、H2等杂质相继被吸附剂吸附清除。 吸附器一般有两台,一台吸附时,另一台再生,两台交替使用。此种流程具有产品处理量大、操作简便、运转周期长和使用安全可靠等许多优点,成为现代空分工艺的主流技术。 吸附剂的再生 吸附剂的再生是吸附的吸附质脱附的过程。用干燥的热气流流过吸附剂床层,在高温的作用下,被吸附的吸附质脱附,并被热气流带走。 3、乙炔和碳氢化合物的脱除 问： 1、为什么脱除？ 2、脱除方法？ 4.冷箱前段净化 分子筛吸附法 分子筛（人工合成沸石） 微孔、分子尺寸大于微孔不能通过 分子筛吸附具有高选择性 温度越低，压力越高，对吸附越有利 吸附过程： 膜扩散 孔扩散 二.空气的液化 空气的液化指将空气由气相→液相的过程,要将气体液化，必须把气体的温度降到它的临界温度以下。目前采用的方法为给空气降温,让其冷凝。 氧、氮、氩和其他物质一样，具有气、液和固三态。在常温常压下它们呈气态。在标准大气压下，氧被冷凝至－183℃，氮被冷凝至－196℃，氩被冷凝至－186℃即会变为液态，氧和氮的沸点相差１３ ℃，氩和氮的沸点相差１０ ℃，空气的分离就是充分利用其沸点的不同来将其进行分离。 空气中除氧、氮和氩外，还有氖、氦、氪、氙等稀有气体，这些稀有气体广泛应用在国防、科研及工业上，稀有气体的提取也直接关系到空分装置氧气的提取率和生产运行能耗。目前大型的空分装置都普遍带无氢制氩工艺。 1.节流膨胀 连续流动的高压气体,在绝热和不对外做功的情况下,经过节流阀急剧膨胀到低压的过程,称为节流膨胀。 由于节流前后气体压力差较大,因此节流过程是不可逆过程。气体在节流过程既无能量收人,又无能量支出,节流前后能量不变,故节流膨胀为等焓过程。 气体经过节流膨胀后,一般温度要降低。温度降低的原因是因为气体分子间具有吸引力,气体膨胀后压力降低,体积膨胀,分子间距离增大,分子位能增加,必须消耗分子的动能。 2.等熵膨胀 压缩气体经过膨胀机在绝热下膨胀到低压,同时输出外功的过程,称为膨胀机的绝热膨胀。由于气体在膨胀机内以微小的推动力逐渐膨胀,因此过程是可逆的。可逆绝热过程的熵不