第五章气体的分离分解.ppt

? 冷凝蒸发器的作用：冷凝蒸发器是联结上、下塔的纽带。它利用上塔 液氧或富氧液体与下塔顶气氮换热，使气氮液化作为回流，液空或液 氧蒸发参加上塔精馏。双级塔主冷凝蒸发器温差的大小受氧氮的纯度 和上下塔压力变化的影响 ? 对于氧、氮二元精馏塔，以液空进口为界限，将上塔分为精馏段和提 馏段 ? 精馏过程中，空气是在下塔被初步分离成氮和富氧液空的，所以说下 塔精馏工况的好坏，直接影响到上塔精馏工况。下塔的操作要点在于 控制液氮节流阀的开度。在塔板数不变的情况下，降低上塔压力则有 利于提高氧、氮纯度 5.2.2 填料塔 规整填料由厚约 0.22mm 的金属波 纹板组成，一块块排列起来的金 属波纹板，低温液体在每一片填 料表面上都形成一层液膜，与上 升的蒸气相接触，进行传质传热 规整填料的金属比表面积约是筛 板的 30 倍，液氧持留量仅为筛板 的 35 ～ 40% ? ? ? 因为精馏塔截面积比筛板塔小 1/3 ，填料垂直排列，不存在水平方向浓 度梯度的问题，只要液体分布均匀，精馏效率较高，压力降较小，气 体穿过填料液膜的压差比穿过筛板液层的压差要小得多，约只有 50Pa ? 上塔底部压力的下降，必然可导致下塔压力降低，进而主空压机的出 口压力相应降低，使整个空分装置的能耗降低。同时，规整填料液体 的滞留量小，因此，对负荷变化的应变能力较强 ? 规整填料精馏塔一般分为 3 ～ 5 段填料层，每段之间有液体收集器和再 分布器，传统筛板塔的板间距为 110 ～ 160mm ，而规整填料的等板高 度为 250 ～ 300mm ，因此填料塔的高度会增加。 ? 在塔内件中，液体分布器性能的好坏，对精馏工况的建立至关重要， 是填料层良好完成热质交换的基础 5.3 空气分离系统 5.3.1 林德单塔系统 最简单的空气分离系统之一 是林德单塔系统 压缩进入压缩机的空气，吸 附压缩空气中的水气从二氧 化碳，高压空气进入换热器 冷却 ? ? ? 假如所需产品是氧气，则换 热器是如图所示三通道热交 换器，冷的氧气用来冷却进 入的高压空气；若所需产品 是液氧，则需从流程图上去 掉氧气的返回线，这时换热 器变成了简单的二通道热交 换器，液氧从塔的底部的沸 腾器引出 ? 预冷后高压空气被沸腾器内 的液体进一步冷却，至部分 冷凝。这个过程有两个目的： ①使高压空气更冷，可以得 到更大的液化率；②充分利 用这部分热量以使沸腾器内 的液体气化，给精馏塔提供 向上的蒸气流，而不需加入 环境温度下的热量，白白损 失掉低温下的制冷量 ? 接着高压两相流在节流阀内 节流膨胀到塔的压力，形成 低压两相混合物，引入塔顶 作为塔内的回流液，如前面 所说的那样，塔内液体往下 流时氧富集，而蒸气往上流 时氮富集。到达塔底的部分 液体又被进来的冷的高压空 气加热而沸腾，沸腾的蒸气 向上流动，在塔板上与下来 的液体进行热质交换 ? 部分液体引出储存于低温容器内 或一部分氧气引出经三通道换热 器回收冷量后作为产品气体。塔 顶的气体通过三通道换热器（若 需液体产品时，为二通道换热器） 冷却高压空气。 ? 可以看出林德单塔分离系统采用 的是基本的林德 - 汉普逊液化系统， 用精馏塔代替了储液器，当然也 可以用其他液化系统来为塔内提 供液体。当需氧气时，仅需把空 气压缩到 3~6MPa ；而当需液氧时， 必须把空气压缩到 20MPa 才能有 效地操作，塔内压力通常为 130~200kPa 5.3.2 林德双塔系统 林德的单塔系统有两大缺 点：仅能得到纯氧产品， 污氮放空浪费了大量的氧； 第二大缺点是严重降低了 经济指标 低温工程师受油田气分离 的启发， 1910 年考尔和林 德解决了这一问题 ? ? ? 采用两个精馏塔，并把一 个放在另一个顶上。下塔 操作压力为 500~600kPa ， 而上塔操作压力约为 100kPa 。在 507kPa ，氮的 沸点为 94.2K ，比 l01.3kPa 的氧的沸点 90.2K 高，因此， 下塔氮气液化作为下塔回 流液可以通过上塔氧的沸 腾来实现，同时上塔沸腾 氧蒸气作为上塔的上升蒸 气。下塔产生多余的液氮 节流到上塔顶部作上塔顶 部回流液 ? 林德双塔系统除精馏塔不一样外，其余与单塔一样 ? 压缩空气，吸附掉高压空气中水蒸气及二氧化碳，高压空气通过换热 器而冷却，再通过下塔底部的沸腾器进一步冷却。沸腾器内沸腾蒸气 可为下塔提供上升蒸气，冷却的高压空气在节流阀内节流膨胀产生的 气液混合物进入下塔的中部，其中液体与塔板向下流动的液体合并， 而蒸气与塔内上升蒸气合并。下塔上升蒸气在到达顶部冷凝蒸发器内 冷凝侧而被上塔液氧冷凝，一部分冷凝液作为下塔