空分流程原理样本.doc

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低温法空气分离设备常见的流程有哪几种, 各有什么特点
低温法空气分离设备常见的流程有哪几种, 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; 低温产品的冷量回收及压缩。各部分实现的方式和采用的设备不同, 组成不同的流程。
(1)根据制冷方式分类
1)按工作压力分为高压流程、 中压流程和低压流程。高压流程的工作压力高达10.0～20.0MPa, 制冷量全靠节流效应, 不需膨胀机, 操作简单, 只适用于小型制氧机或液氮机。中压流程的工作压力在1.0～5.0MPa, 对于小型空分装置由于单位冷损大, 需要有较大的单位制冷量来平衡, 因此要求工作压力较高, 此时, 制冷量主要靠膨胀机, 可是节流效应制冷量也占较大的比例。低压流程的工作压力接近下塔压力, 它是当前应用最广的流程, 该装置具有低的单位能耗;
2)按膨胀机的型式分为活塞式、 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。透平式由于效率高, 得到最广泛的应用。对低压空分装置, 由于膨胀后的空气进入上塔参与精馏, 希望在满足制冷量要求的情况下膨胀量尽可能地小, 以提高精馏分离效果。增压透平是利用膨胀机的输出功, 带动增压机压缩来自空压机的膨胀空气, 进一步提高压力后再供膨胀机膨胀, 以增大单位制冷量, 减少膨胀量。这在新的低压空分流程中得到越来越广泛的应用;
3)按膨胀气体分为空气膨胀流程和氮膨胀流程。膨胀后空气进上塔会影响精馏; 氮气膨胀使主冷中氮的冷凝量减少, 即进入上塔的回流液减少, 同样对上塔精馏有影响, 二者各有优缺点。
(2)按净化方式分类
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的杂质带走。根据换热器的型式不同, 又分为蓄冷器和板翅式切换式换热器。这种方式切换动作频繁, 启动操作较为复杂, 技术要求高, 运转周期为1年左右;
2)分子筛吸附净化流程。空气在进入主换热器前, 已由吸附器将杂质净除干净。吸附器的切换周期长, 使操作大大简化, 纯氮产品量不再受返流气量要求的限制, 运转周期可达两年或两年以上, 当前受到越来越广泛的应用。
(3)按分离设备分离方式分类
低温法分离空气是靠精馏塔内的精馏过程。
1)根据产品的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流程;
2)根据精馏设备分为筛板塔和规整填料塔等。
(4)按产品的压缩方式分类
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, 对装置的工作没直接影响。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, 可是, 液体泵是否正常将直接影响到装置的运转

透平膨胀机的工作情况

• 带压气体进入透平膨胀机的蜗壳, 由蜗壳将带压气体均匀地分配到导流器的四周。
• 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的径向叶, 气体在导流器中存在交大的能量转换, 几乎一半以上的能量在其中由压力能转变为气体的动能。
• 然后气体进入叶轮通道, 叶轮的作用是把喷嘴流道中流出的高速气流的动能变成机械功。
• 气体从叶轮通道经过最后从扩压管排出, 扩压管的作用首先是降低气体流速( 太高的速度会引起很大的摩擦损失) , 同时也能够增加膨胀机的制冷量。
透平膨胀机中的导流器是怎样使气体速度增高的, 它能产生冷量吗?
答: 在日常生活中我们能够看到, 河道越窄的地方水的流速越高。在膨胀机的导流器内, 喷嘴叶片使流道截面形成一定的形状, 气流由于受截面变化的限制, 流速将不断增加。
当导流器前后存在一定的压差时, 气体就会从喷嘴中流过。当喷嘴流道形状造成气体流速提高时, 气流的动能增加。导流器是固定元件, 气流流过时并没有接受外功, 也没有吸热(能够看作是绝热过程), 它的动能增加只能靠消耗气体内部的能量, 因此表现出在导流器后气体的温度降低, 焓值减少。在不考虑摩擦时, 其动能的增加值等于焓的减小值。
在一般情况下, 流道断面逐渐变窄, 则流速逐渐升高。这种喷嘴叫渐缩形喷嘴, 如图67a所示。可是, 对气体来说, 当压力降低时, 体积膨胀, 体积流量也增大。当气流速度超过声速时, 体积的增加速度很快, 这时, 流道断面只有逐渐扩大才能满足加速流动的要求。因此, 要获得超声速的高速气流, 喷嘴要做成缩扩形, 如图67b所示。在最小断面处, 气流达到声速, 在渐扩段气流超过音速。设计时采用哪一种喷嘴形式是根据导流器前后压差的大小来决定的。压差大时, 为了使气体的压力能有效地转换成气流的动能, 要用缩扩喷嘴。
气体在流过导流器时, 动能的增加靠内部焓的减小。这属于气体内部两种不同形式的能量之间的转换, 并没有能量输出, 气体所具有的总能量并没有减少。因此, 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动叶轮对外做功, 则这股动能除用于克服摩擦、 撞击而使压力有所降低外, 其余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的情况相同。在经过阀门处, 由于流道很窄而流速升高, 经过阀门后由于流道扩大, 流速又降低, 动能又转换成焓的增加, 因此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。

冷冻机的原理
工业冷水机组系统的运作是经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。电源部分是经过接触器, 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。