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低温法空气分离设备常见步骤有哪多个, 各有什么特点
低温法空气分离设备常见步骤有哪多个, 各有什么特点?
低温法分离设备均由以下四大部分组成: 空气压缩、 膨胀制冷; 空气中水分、 杂质等净除; 空气经过换热冷却、 液化; 空气精馏、 分离; 低温产品冷量回收及压缩。各部分实现方法和采取设备不一样, 组成不一样步骤。
(1)依据制冷方法分类
1)按工作压力分为高压步骤、 中压步骤和低压步骤。高压步骤工作压力高达10.0～20.0MPa, 制冷量全靠节流效应, 不需膨胀机, 操作简单, 只适适用于小型制氧机或液氮机。中压步骤工作压力在1.0～5.0MPa, 对于小型空分装置因为单位冷损大, 需要有较大单位制冷量来平衡, 所以要求工作压力较高, 此时, 制冷量关键靠膨胀机, 不过节流效应制冷量也占较大百分比。低压步骤工作压力靠近下塔压力, 它是现在应用最广步骤, 该装置含有低单位能耗;
2)按膨胀机型式分为活塞式、 透平式和增压透平式。活塞式膨胀量小, 效率低, 只用于一部分旧式小型装置。透平式因为效率高, 得到最广泛应用。对低压空分装置, 因为膨胀后空气进入上塔参与精馏, 期望在满足制冷量要求情况下膨胀量尽可能地小, 以提升精馏分离效果。增压透平是利用膨胀机输出功, 带动增压机压缩来自空压机膨胀空气, 深入提升压力后再供膨胀机膨胀, 以增大单位制冷量, 降低膨胀量。这在新低压空分步骤中得到越来越广泛应用;
3)按膨胀气体分为空气膨胀步骤和氮膨胀步骤。膨胀后空气进上塔会影响精馏; 氮气膨胀使主冷中氮冷凝量降低, 即进入上塔回流液降低, 一样对上塔精馏有影响, 二者各有优缺点。
(2)按净化方法分类
1)冻结法净除水分和CO2。空气在冷却过程中, 水分和CO2在换热器通道内析出、 冻结; 经一定时间后将通道切换, 由返流污氮气体将冻结杂质带走。依据换热器型式不一样, 又分为蓄冷器和板翅式切换式换热器。这种方法切换动作频繁, 开启操作较为复杂, 技术要求高, 运转周期为1年左右;
2)分子筛吸附净化步骤。空气在进入主换热器前, 已由吸附器将杂质净除洁净。吸附器切换周期长, 使操作大大简化, 纯氮产品量不再受返流气量要求限制, 运转周期可达两年或两年以上, 现在受到越来越广泛应用。
(3)按分离设备分离方法分类
低温法分离空气是靠精馏塔内精馏过程。
1)依据产品品种分为生产单高产品、 双高产品、 同时提取氩产品或全提取稀有气体等步骤;
2)依据精馏设备分为筛板塔和规整填料塔等。
(4)按产品压缩方法分类
可分为分离装置外压缩和装置内压缩两类。装置外压缩是单独设置产品气体压缩机, 对装置工作没直接影响。装置内压缩是用泵压缩液态产品, 再经复热、 气化后送至装置外。相对来说内压缩较为安全, 不过, 液体泵是否正常将直接影响到装置运转

透平膨胀机工作情况

• 带压气体进入透平膨胀机蜗壳, 由蜗壳将带压气体均匀地分配到导流器四面。
• 导流器是一个由若干喷嘴叶片按一定倾斜角度均匀配置而成径向叶, 气体在导流器中存在交大能量转换, 几乎二分之一以上能量在其中由压力能转变为气体动能。
• 然后气体进入叶轮通道, 叶轮作用是把喷嘴流道中流出高速气流动能变成机械功。
• 气体从叶轮通道经过最终从扩压管排出, 扩压管作用首先是降低气体流速（太高速度会引发很大摩擦损失）, 同时也能够增加膨胀机制冷量。
透平膨胀机中导流器是怎样使气体速度增高, 它能产生冷量吗?
答: 在日常生活中我们能够看到, 河道越窄地方水流速越高。在膨胀机导流器内, 喷嘴叶片使流道截面形成一定形状, 气流因为受截面改变限制, 流速将不停增加。
当导流器前后存在一定压差时, 气体就会从喷嘴中流过。当喷嘴流道形状造成气体流速提升时, 气流动能增加。导流器是固定元件, 气流流过时并没有接收外功, 也没有吸热(能够看作是绝热过程), 它动能增加只能靠消耗气体内部能量, 所以表现出在导流器后气体温度降低, 焓值降低。在不考虑摩擦时, 其动能增加值等于焓减小值。
在通常情况下, 流道断面逐步变窄, 则流速逐步升高。这种喷嘴叫渐缩形喷嘴, 如图67a所表示。不过, 对气体来说, 当压力降低时, 体积膨胀, 体积流量也增大。当气流速度超出声速时, 体积增加速度很快, 这时, 流道断面只有逐步扩大才能满足加速流动要求。所以, 要取得超声速高速气流, 喷嘴要做成缩扩形, 如图67b所表示。在最小断面处, 气流达成声速, 在渐扩段气流超出音速。设计时采取哪一个喷嘴形式是依据导流器前后压差大小来决定。压差大时, 为了使气体压力能有效地转换成气流动能, 要用缩扩喷嘴。
气体在流过导流器时, 动能增加靠内部焓减小。这属于气体内部两种不一样形式能量之间转换, 并没有能量输出, 气体所含有总能量并没有降低。所以, 不能认为气流在流过导流器时, 其内部焓值降低了, 就是产生了冷量。因为导流器后没有用这股高速气流去推进叶轮对外做功, 则这股动能除用于克服摩擦、 撞击而使压力有所降低外, 其它部分又将转换成气体焓值增加。这种情况与气流流经阀门节流情况相同。在经过阀门处, 因为流道很窄而流速升高, 经过阀门后因为流道扩大, 流速又降低, 动能又转换成焓增加, 所以在节流前后焓值保持不变。由此可见, 导流器只是为气体输出外功, 产生冷量做准备, 它本身并不产生冷量。

冷冻机原理
工业冷水机组系统运作是经过三个相互联络系统: 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:
蒸发器中液态制冷剂吸收水中热量并开始蒸发, 最终制冷剂与水之间形成一定温度差, 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）,气态制冷剂经过冷凝器（风冷/水冷）吸收热量, 凝结成液体。经过膨胀阀（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。
水循环系统:
水泵负责将水从水箱抽出泵到用户需冷却设备, 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:
包含电源部分和自动控制部分。电源部分是经过接触器, 对压缩机、 风扇、 水泵等供给电源。自动控制部分包含温控器、 压力保护、 延时器、 继电器、 过载保护等相互组合达成根椐水温自动启停, 保护等功效。