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1、低溫精餾原理及精餾塔,1.概述,低溫法空氣分離步驟：首先使加 工空氣液化，然后利用氧、氮等組分 的沸點(diǎn)差，采用精餾的方法使空氣分 離獲得氧氣和氮?dú)狻?對(duì)兩種沸點(diǎn)不同的物質(zhì)（例如氧與氮）組成 的混合液體，在吸收熱量而部分蒸發(fā)時(shí)，易揮發(fā) 組分氮將較多地蒸發(fā)；而混合蒸氣在放出熱量而 部分冷凝時(shí)，難揮發(fā)組分氧將較多地冷凝。如果 將溫度較高的飽和蒸氣與溫度較低的飽和液體接 觸，則蒸氣將放出熱量給飽和液體。蒸氣放出熱 量將部分冷凝，液體將吸收熱量而部分蒸發(fā)。蒸 氣在部分冷凝時(shí)，由于氧冷凝得較多，所以蒸氣 中的低沸點(diǎn)組分（氮）的濃度有所提高。如果進(jìn) 行了一次部分蒸發(fā)和部分冷凝后，氮濃度較高的 蒸氣及氧濃度較
2、高的液體，再分別與溫度不同的 液體及蒸氣進(jìn)行接觸，再次發(fā)生部分冷凝及部分 蒸發(fā)，使得蒸氣中的氮濃度及液體中的氧濃度將 進(jìn)一步提高，這樣的過程進(jìn)行多次，蒸氣中的氮 濃度越來越高，液體中的氧濃度越來越高，最終 達(dá)到氧、氮的分離。這個(gè)過程就叫精餾。,精餾塔內(nèi)的空氣是怎樣被分離成氧和氮的,壓縮空氣經(jīng)清除水分、二氧化碳，并在熱交換器中被冷卻及膨脹（對(duì)中壓流程）后送入下塔的下塔，作為下塔的上升氣。因?yàn)樗?1，在0.6MPa下，對(duì)應(yīng)的飽和溫度為100.05K。在冷凝蒸發(fā)器中冷凝的液氮從下塔的頂部下流，作為回流液體。因其含氧為0.011，在0.6Mpa下的飽和溫度約為96.3K。由此可見，精餾塔下部的上升
3、蒸氣溫度高，從塔頂下流的液體溫度較低。下塔的上升氣每經(jīng)過一塊塔板就遇到比它溫度低的液體，氣體本身的溫度就要降低，并不斷有部分蒸氣冷凝成液體。由于氧是難揮發(fā)組分，氮是易揮發(fā)組分，在冷凝過程中，氧要比氮較多地冷凝下來，于是剩下的蒸氣中含氮濃度就有所提高。就這樣一次、一次地進(jìn)行下去，到塔頂后，蒸氣中的氧絕大部分已被冷凝到液體中去了，其含氮濃度高達(dá)99以上。這部分氮?dú)獗灰嚼淠舭l(fā)器中，放出熱量后全部冷凝成液氮，其中一部分作為下塔回流液從上往下流動(dòng)。液體在下流的過程中，每經(jīng)過一塊塔板遇到下面上升的溫度較高的蒸氣，吸熱后有一部分液體就要?dú)饣?。在氣化過程中，由于氮是易揮發(fā)組分，氧是難揮發(fā)組分，因此氮比氧較
4、多地蒸發(fā)出來，剩下的液體中氧純度就有所提高。這樣一次、一次地進(jìn)行下去，到達(dá)塔底就可以得到氧含量為3840的液空。因此，經(jīng)過下塔的精餾，可將空氣初步分離成含氧3840的液空和含氮99以上的液氮。,然后將液空經(jīng)節(jié)流降壓后送到上塔中部，作為進(jìn)一步精餾的原料。與下塔精餾的原理相同，液體下流時(shí)，經(jīng)多次部分蒸發(fā)，氮較多地蒸發(fā)出來，于是下流液體中的含氧濃度不斷提升，達(dá)到上塔底部可得到含氧99.299.6的液氧。從液空進(jìn)料口至上塔底部塔板上的精餾是提高難揮發(fā)組分的濃度，叫提餾段。這部分液氧在冷凝蒸發(fā)器中吸熱而蒸發(fā)成氣氧，在0.14Mpa下它的溫度為93.7K左右。一部分氣氧作為產(chǎn)品引出，大部分作為上塔的上升氣
5、。在上升過程中，部分蒸氣冷凝，蒸氣中的氮含量不斷增加。由于上塔中部液空入口處的上升氣中還有較多的氧組分，如果將它放掉，氧的損失太大，所以應(yīng)再進(jìn)行精餾。從冷凝蒸發(fā)器中引出部分含氮99%以上的液氮節(jié)流后送至上塔頂部，作為回流液，蒸氣再進(jìn)行多次部分冷凝，同時(shí)回流液多次部分蒸發(fā)。其中氧較多地留在液相里，氮較多地蒸發(fā)到氣相中，到了上塔頂，便可得到含氮99%以上的氮?dú)狻囊旱M(jìn)料口到液空進(jìn)料口是為了進(jìn)一步提高蒸氣中低沸點(diǎn)組分（氮）的濃度，叫精餾段。如果需要純氮產(chǎn)品還需要再次精餾，才能得到含氮99.99%的純氮產(chǎn)品。這就是精餾塔內(nèi)將空氣分離成氧、氮的過程。,雙級(jí)精餾塔內(nèi)溫度、壓力確定,1）上塔頂部壓力和溫度
6、確定 上塔頂部壓力等于氮?dú)饪朔鬟^各換熱器，閥門和管道阻力及排出時(shí)所必須的壓力之和。 P上塔頂=P設(shè)備+P排氮=0.015+0.105=0.12MPa 上塔頂部的溫度與頂部壓力和氮?dú)鉂舛扔嘘P(guān)，根據(jù)頂部壓力和氮?dú)鉂舛炔闅?、液平衡圖得上塔頂部溫度。 T上塔頂=78.16K,2)上塔底部壓力和溫度的確定。 上塔底部壓力是指上塔最后一塊塔板下面，液氧面上壓力。等于上塔頂部加上塔塔板總阻力。 P上塔底=P上塔板+P上塔頂=0.015+0.12=0.135MPa 上塔底部的溫度是液氧面上氧氣的飽和溫度,它由氧純度和壓力決定。根據(jù)底部壓力和氧氣濃度查氣、液平衡圖得上塔低部溫度。 T上塔頂=92.8K,3）
7、冷凝蒸發(fā)器中液氧的平均壓力和平均溫度的確定。 冷凝蒸發(fā)器液氧面上的壓力即為上塔底部壓力。液氧底部壓力等于液氧面上的壓力加上液氧柱產(chǎn)生靜壓。 P液氧底=P上塔底+ h液氧*液氧密度 T液氧平均= （ T液氧面+ T液氧底）/2,4）下塔頂部壓力和溫度確定 T主冷= T氮冷凝- T液氧平均 下塔頂部壓力和氮?dú)鉂舛燃暗淠郎囟扔嘘P(guān)，根據(jù)冷凝溫度和氮?dú)鉂舛炔闅?、液平衡圖得下塔頂部壓力。,5）下塔底部壓力的確定 下塔底部壓力等于下塔頂部加上塔塔板總阻力。 P下塔底=P下塔板+P下塔頂 溫度為進(jìn)下塔飽和空氣溫度,雙級(jí)精餾塔的物料平衡和能量平衡,物量平衡：即入塔的空氣量等于出塔的分離氧、氮之和。 組分平衡：
8、空氣分離后所得的各氣體中某一組分量的總和等于加工空氣兩種該組分的量。 能量平衡：即進(jìn)入塔內(nèi)的熱量（包括冷損）總和應(yīng)等于出塔產(chǎn)品的熱量之和。,下塔的物料平衡和能量平衡,V空=V液空+V液氮 V空y空=V液空x液空+V液氮x液氮 V空h空+Q下跑冷 =V液空h液空+V液氮h液氮+Q下主冷,上塔的物料平衡和能量平衡,V氧+V氮=V液空+V液氮= V空 V空y空=V氧y 氧+V氮y 氮 V氧h氧+ V氮h氮 =V液空h液空+V液氮h液氮+Q上主冷+Q上跑冷,全塔的物料平衡與熱量平衡,氧提取率 氧提取率==V氧y 氧/ V空y空 V空h空+Q = V氧h氧+ V氮h氮,回流比,在空氣精餾中，回流比一般是
9、指塔內(nèi)下流液體量與上升蒸氣量之比，它又稱為液氣比。,回流比對(duì)精餾的影響,精餾產(chǎn)品的純度，在塔板數(shù)一定的條件下，取決于回流比的大小?；亓鞅却髸r(shí)所得到的氣相氮純度高，液相氧純度就低?；亓鞅刃r(shí)得到的氣相氮純度低，液相的氧純度就高。這是因?yàn)闇囟容^高的上升氣與溫度較低的下流液體在塔板上混合，進(jìn)行熱質(zhì)交換后，在理想情況下它們的溫度可趨于一致，即達(dá)到同一個(gè)溫度。這個(gè)溫度介于原來的氣、液溫度之間。如果回流比大，即下流的冷液體多或者上升的蒸氣少時(shí)，則氣液混合溫度必然偏于低溫液體一邊，于是上升蒸氣的溫降就大，蒸氣冷凝得就多。因氧是難揮發(fā)組分，故氧組分冷凝下來相應(yīng)也較多些，這樣離開塔板的上升氣體的氮濃度也提高得快
10、。每塊塔板都是如此，因此在塔頂?shù)玫降臍怏w含氮純度就高。另一方面，因?yàn)闅庖夯旌蠝囟绕诘蜏匾后w一邊，于是下流液體的溫升就小，液體蒸發(fā)得也少，因而液體中蒸發(fā)出來的氮組分相應(yīng)也少些，這樣離開塔板的下流液體中氧濃度就提高得慢。每塊塔板都是如此，因而在塔低得到的液體的氧濃度就低。 回流比小時(shí)則與上述情況相反，不再重復(fù)。精餾工況的調(diào)整，實(shí)際上主要就是改變塔內(nèi)各部位的回流比大小。操作工人常說的精餾塔塔溫高，實(shí)際就是指回流比??；塔溫低，就是回流比大的情況。,調(diào)整下塔純度是調(diào)整上塔純度的基礎(chǔ),雙級(jí)精餾塔分離空氣是先將空氣在下塔分離成富氧液空和液氮，然后再送到上塔進(jìn)一步分離成純氧和純氮產(chǎn)品。由此可見，如果下塔提供
11、的中間產(chǎn)品不合格，上塔是很難生產(chǎn)出純度和數(shù)量都合乎要求的氧、氮產(chǎn)品的。這是因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)上塔時(shí)，是根據(jù)氧、氮產(chǎn)品的數(shù)量和一定的液空和液氮量計(jì)算出上塔的回流比，再根據(jù)液空和液氮的純度和回流比以及一定的操作壓力，確定為分離出合格產(chǎn)品所需要的塔板數(shù)。對(duì)全低壓流程的上塔，還需要考慮膨脹空氣的影響。也就是說，只有當(dāng)液空、液氮的數(shù)量和純度以及膨脹空氣進(jìn)入上塔的狀態(tài)和數(shù)量都符合要求，并在規(guī)定的操作壓力下，經(jīng)過這么多塊塔板的精餾，才能獲得純度和數(shù)量都合格的產(chǎn)品。如果液空和液氮的純度和數(shù)量改變了，上塔回流比一定會(huì)發(fā)生變化，如果還是用這么多塊塔板來進(jìn)行精餾，就不能得到純度和數(shù)量都符合要求的產(chǎn)品了。因此，下塔工況的調(diào)整
12、就成為從上塔獲得合格產(chǎn)品的基礎(chǔ)。,為什么全低壓空分設(shè)備能將膨脹空氣直接送入上塔,全低壓空分設(shè)備的冷量大部分靠膨脹機(jī)產(chǎn)生，而全低壓空分設(shè)備的工作壓力即為下塔的工作壓力，為0.550.65MPa。該壓力的氣體在膨脹機(jī)膨脹制冷后，壓力為0.13MPa左右，已不可能像中壓流程那樣送入下塔參與精餾。如果膨脹后的空氣只在熱交換器內(nèi)回收冷量，不參加精餾，則這部分加工空氣中的氧、氮就不能提取，必將影響到氧、氮的產(chǎn)量和提取率。 由于在全低壓空分設(shè)備的上塔其精餾段的回流比大于最小回流比較多，就有可能利用多余回流液的精餾潛力。因此可將膨脹后的空氣直接送入上塔參與精餾，來回收膨脹空氣中的氧、氮，以提高氧的提取率。 由
13、于全低壓空分設(shè)備將膨脹空氣直接送入上塔，因此制冷量的變化將引起膨脹量的變化，必然要影響上塔的精餾。制冷與精餾的緊密聯(lián)系是全低壓空分設(shè)備的最大特點(diǎn)。,進(jìn)上塔的膨脹空氣量受什么條件限制,進(jìn)上塔的膨脹空氣量增加，精餾段的回流比相應(yīng)減少。為了達(dá)到所要求純度的氮?dú)猱a(chǎn)品，需要設(shè)置更多的塔板數(shù)。當(dāng)回流比減少到需要設(shè)置無數(shù)塊塔板才能使氮?dú)饧兌冗_(dá)到要求的數(shù)值時(shí)，這時(shí)的回流比叫最小回流比。進(jìn)上塔的膨脹空氣量首先受最小回流比的限制。當(dāng)回流比越接近最小回流比時(shí)，為保證產(chǎn)品純度所需的塔板數(shù)增加的越快，這將造成投資增加，塔板阻力增加，操作壓力升高，能耗增加。因此，膨脹空氣進(jìn)上塔后的回流比應(yīng)大于最小回流比。 當(dāng)要求氮?dú)饧兌?/p>
14、低時(shí)，最小回流比也減少，允許進(jìn)上塔的膨脹空氣量就可以多些，這時(shí)氧的提取率也相應(yīng)地降低。此外，如果液空純度高，液空量就較少，相應(yīng)的液氮量就會(huì)增大。這將使精餾段的回流比增大，允許送入上塔的膨脹空氣量也就可適當(dāng)增加。氧氣的純度低一些，允許送入的膨脹空氣量也可以多一些?？傊腿肷纤呐蛎浛諝饬繎?yīng)綜合考慮回流比、塔板數(shù)、氧、氮及液空純度等諸多因素的影響，以便在既可保證產(chǎn)品純度和不使氧提取率下降過多，又不致于過多地增加塔板數(shù)和能耗的情況下，送入適量的膨脹空氣。,哪些因素會(huì)影響塔板阻力的變化，觀察塔板阻力對(duì)操作有何實(shí)際意義？,影響塔板阻力的因素很多，包括篩孔孔徑大小、塔板開孔率、液體的密度、液體的表面張力
15、、液層厚度、蒸氣的密度和蒸氣穿過篩孔的速度等等。其中，蒸氣和液體的密度以及液體的表面張力在生產(chǎn)過程中變化很小。孔徑大小與開孔率雖然固定不變，但當(dāng)篩孔被固體二氧化碳或硅膠粉末堵塞時(shí)，也會(huì)發(fā)生變化，造成阻力增大。此外，液層厚度和蒸氣的篩孔速度取決于下流液體量和上升蒸氣量的多少，在操作中也有可能發(fā)生變化，從而影響塔板阻力的變化。特別是篩孔速度對(duì)阻力的影響是成平方關(guān)系，影響較大。 所以，在實(shí)際操作中，可以通過塔內(nèi)各部分阻力的變化來判斷塔內(nèi)工況是否正常。如果阻力正常，說明塔內(nèi)上升蒸氣的速度和下流液體的數(shù)量正常。如果阻力增高，則可能是某一段上升蒸氣量過大或塔板篩孔堵塞；如果進(jìn)塔空氣量、膨脹空氣量以及氧、氮
16、、污氮取出量都正常，也即上升氣量沒有變化，那就可能是某一段下流液體量大了，使塔板上液層加厚，造成塔板阻力增加；如果阻力超過正常數(shù)值，并且產(chǎn)生波動(dòng)，則很可能是塔內(nèi)產(chǎn)生了液懸；當(dāng)阻力過小時(shí)，有可能是上升蒸氣量太少，蒸氣無法托住塔板上的液體而產(chǎn)生漏液現(xiàn)象。因此阻力大小往往可作為判斷工況是否正常的一個(gè)重要手段。,上塔壓力低些有什么好處,上塔的低溫產(chǎn)品氣體出塔后要通過換熱器回收冷量，經(jīng)復(fù)熱后再離開裝置。上塔的壓力需要能夠克服氣體在通過換熱器時(shí)的阻力。但是，要求在滿足需要的情況下，盡可能地低。這是因?yàn)椋?1）在冷凝蒸發(fā)器中冷凝的液氮量不變、主冷溫差不變得情況下，如果上塔壓力降低，則下塔壓力相應(yīng)地會(huì)自動(dòng)降低
17、。通常，上塔壓力降低0.01MPa，下塔壓力可降低0.03MPa。對(duì)于全低壓制氧機(jī)，隨著下塔壓力降低，空壓機(jī)的排氣壓力也可降低，進(jìn)塔空氣量會(huì)增加，從而可以增加氧產(chǎn)量和降低制氧機(jī)的能耗。 2)上、下塔壓力降低，可改善上、下塔的精餾工況。因?yàn)閴毫Φ蜁r(shí)，液體中某一組分的含量與其上方處于相平衡的蒸氣中同一組分的含量的差數(shù)要大些，而壓力高時(shí)此差數(shù)會(huì)減小。氣、液相濃度差越大，則氧、氮的分離效果越好。即在塔板數(shù)不變的情況下，壓力低一些，有利于提高氧、氮的純度。因此在操作時(shí)，要盡可能降低上塔壓力。 應(yīng)指出，上塔壓力降低是有限的。因?yàn)檠酢⒌a(chǎn)品的排出壓力有一定要求，在排出過程中，還要克服換熱器和管道的阻力。,
18、為什么說主冷液氧的變化是判斷制氧機(jī)冷量是否充足的主要標(biāo)志？,空分設(shè)備的工況穩(wěn)定時(shí)，裝置的產(chǎn)冷量與冷量消耗保持平衡，裝置內(nèi)各部分的溫度、壓力、液面等參數(shù)不再隨時(shí)間而變化。主冷是聯(lián)系上、下塔的紐帶，來自下塔的上升氮?dú)庠谥骼渲蟹艧崂淠?，來自上塔的回流液氧在主冷中吸熱蒸發(fā)。回流液量與蒸發(fā)量相等時(shí)，液面保持不變。 加工空氣在進(jìn)入下塔時(shí)，有一定的“含濕”，即有小部分是液體。大部分空氣將在主冷中液化。對(duì)于低壓空分設(shè)備，進(jìn)下塔的空氣是由出主熱交換器冷端的空氣和經(jīng)液化器的空氣混合而成的。正常情況下，它們進(jìn)塔的綜合狀態(tài)都有一定的“含濕量”（“液化率”）。進(jìn)塔的空氣狀態(tài)是由空分設(shè)備內(nèi)的熱交換系統(tǒng)和產(chǎn)冷系統(tǒng)所保證的。
19、 當(dāng)裝置的冷損增大時(shí)，制冷量不足，使得進(jìn)下塔的空氣含濕量減小，要求在主冷中冷凝的氮?dú)饬吭黾樱骼涞臒嶝?fù)荷增大，相應(yīng)地液氧蒸發(fā)量也增大，液氧面下降；如果制冷量過多，主冷的熱負(fù)荷減小，液氧蒸發(fā)量減少，液氧面會(huì)上升。因此，裝置的冷量是否平衡，首先在主冷液面的變化上反映出來。,增加加工空氣量對(duì)精餾工況有什么影響，需要采取哪些相應(yīng)的措施？,當(dāng)加工空氣量增加時(shí)，將使精餾塔內(nèi)的上升蒸氣增加，主冷內(nèi)所需冷凝的液體量也相應(yīng)增加，因此對(duì)塔內(nèi)的回流比沒有影響。增加的氣量在一定范圍內(nèi)，氧、氮的純度能基本保持不變，而產(chǎn)量將隨空氣量的增加而按比例增加。 但是，隨著主冷中冷凝液體量增加，主冷的熱負(fù)荷加大。當(dāng)傳熱面積不足時(shí)，
20、主冷的溫差必然擴(kuò)大，下塔壓力相應(yīng)升高。同時(shí)，由于塔內(nèi)氣流速度增加，下流液體量增加，塔板上液層加厚，使塔板的阻力增加，上、下塔的壓力也會(huì)相應(yīng)地提高。這將對(duì)氧、氮的分離帶來不利的影響，同時(shí)也使電耗增加。當(dāng)氣量過大時(shí)，塔板阻力及下流液流經(jīng)溢流斗的阻力均會(huì)增大很多，造成溢流斗內(nèi)液面升高，甚至發(fā)生液體無法流下的液泛現(xiàn)象，這時(shí)將破壞精餾塔的正常工況。 此外，由于上升蒸氣流速增加，容易將液滴帶到上一塊塔板，影響精餾效果，氮純度下降，從而會(huì)降低氧的提取率。 一般的空分塔，增加20%左右的空氣量也能正常工作，不需要采取什么措施。當(dāng)加工空氣量過大時(shí)，需要加大塔板上的篩孔的孔徑，以降低蒸氣速度。加大主冷的傳熱面積，
21、以縮小主冷溫差，保證精餾塔的正常工作,過冷器的作用,空氣在下塔經(jīng)精餾后產(chǎn)生的液空和液氮，通過節(jié)流閥供給上塔作為精餾所需的回流液。處于飽和狀態(tài)的液體經(jīng)過節(jié)流閥時(shí)，由于壓力降低，其相應(yīng)的飽和溫度也降低，部分液體將要?dú)饣９?jié)流的氣化率與節(jié)流前后的壓力，液體的組分及過冷度有關(guān)。通常，未過冷時(shí)液空、液氮節(jié)流后的氣化率可達(dá)1520%，這就使得上塔的回流液量減少，對(duì)上塔的精餾不利。為了減少節(jié)流氣化率，因而設(shè)置了過冷器。它是靠回收污氮、污氮的冷量，使液空、液氮的溫度降低。低于下塔壓力所對(duì)應(yīng)的飽和溫度就稱為過冷。如果過冷度為39，則節(jié)流后的氣化率可減少到812%。 另一方面，過冷器還起到調(diào)配冷量的作用。它可使一
22、部分冷量又返回上塔。因此，空氣帶入下塔的能力（焓值）升高，使冷凝蒸發(fā)器的熱負(fù)荷增加，對(duì)上塔的精餾有利。,.氧氣產(chǎn)量不足的原因及處理,影響氧氣產(chǎn)量的主要因素如下： （1）加工空氣量不足。原因有：環(huán)境溫度過高；大氣壓力過低；空氣吸入過濾器被堵塞；電壓過低或電網(wǎng)頻率降低，造成空壓機(jī)轉(zhuǎn)速降低；中間冷卻器冷卻效果不好；級(jí)間有內(nèi)泄漏；閥門、管道漏氣；自動(dòng)閥或切換閥泄漏；對(duì)分子篩純化系統(tǒng)而言，可能是切換碟閥漏氣。 （2）氮平均純度過低。原因有：精餾塔板效率降低；冷損過大造成膨脹空氣量過大；液氮純度太低，液氮量太大；液氮量過?。灰嚎栈蛞旱^冷器泄漏；污氮（或餾分）取出量過大；液空、液氮調(diào)節(jié)閥開度不當(dāng)，下塔工況
23、未調(diào)好。 （3）主冷換熱不良。主冷換熱面不足，或氮側(cè)有較多不凝性氣體，影響主冷的傳熱，使液氧的蒸發(fā)量減少。 （4）設(shè)備阻力增加。由于塔板、液空吸附器或過冷器堵塞，液空、液氮節(jié)流閥開度過小或被堵塞，將造成下塔壓力升高，進(jìn)塔空氣量減小。當(dāng)切換式換熱器凍結(jié)時(shí)，也將造成系統(tǒng)阻力增加，進(jìn)塔空氣量自動(dòng)減少。 （5）氧氣管道、容器存在泄漏。,處理的方法，盡可能減少空氣損失，降低設(shè)備阻力，以增加空氣量；盡可能減少跑冷損失、熱交換不完全損失和漏損，減少膨脹空氣量。下面詳細(xì)從精餾角度分析一下調(diào)整產(chǎn)量的方法： 液面要穩(wěn)定。液氧液面穩(wěn)定標(biāo)志著設(shè)備的冷量平衡。如果液面忽高忽低，調(diào)整純度就十分困難。合理調(diào)節(jié)膨脹量和液空、
24、液氧調(diào)節(jié)閥開度，使液氧面穩(wěn)定。 調(diào)節(jié)好液空、液氮純度。下塔精餾是上塔的基礎(chǔ)。液空、液氮取出量的變化，將影響到液空、液氮的純度，并影響到上塔精餾段的回流比。如果液氮取出量過小，雖然氮純度很高，但是，給精餾段提供的回流液過少，將使氮?dú)饧兌冉档?。此時(shí)，由于液空中的氧濃度低，將造成氧純度下降，氧產(chǎn)量減少。因此，下塔的最佳精餾工況應(yīng)是在液氮純度合乎要求的情況下，盡可能加大取出量。一方面為上塔精餾段提供更多的回流液；另一方面使液空的氧濃度提高，減輕上塔的精餾負(fù)擔(dān)，這樣才有可能提高氧產(chǎn)量。這里需要說明的是，液氮純度的調(diào)節(jié)要用液氮調(diào)節(jié)閥，不能用下塔的液氮回流閥?；亓鏖y正常情況下應(yīng)全開。 調(diào)整好上塔精餾工況，努
25、力提高平均氮純度。平均氮純度的高低標(biāo)志著氧損失率的大小。而平均氮純度又取決于污氮純度的高低，因?yàn)槲鄣獨(dú)饬空嫉谋壤?。污氮的純度主要也是靠下塔提供合乎要求的液氮來保證的。當(dāng)下塔精餾工況正常，而污氮純度仍過低時(shí)，則可能是上塔的精餾效果降低（例如塔板堵塞或漏液）；或是膨脹空氣量過大；或是氧氣取出量過小、純度過高，使上升蒸汽量增多，回流比減小。要改善上塔的精餾工況，主要是控制氧、氮取出量。一方面二者的取出量要適合；另一方面閥門開度要適度，以便盡可能降低上塔壓力，有利于精餾，以提高污氮的純度。,篩板的結(jié)構(gòu)篩板的形式,篩板是由篩板孔、溢流斗、無孔板組成的。篩板孔上分布有許多小孔，蒸氣自上而下穿過小孔，經(jīng)塔
26、板上的液體層傳熱、傳質(zhì)后上升。液體按照一定路線從塔板上流過，液體由穩(wěn)定流速的蒸氣托持著，經(jīng)溢流斗流到下一塊塔板的無孔板（受液盤）。液層的厚度由塔板上的進(jìn)口擋板和出口擋板高度決定。 依據(jù)液體在塔板上的流動(dòng)方向，篩板的形式分為對(duì)流、徑流、環(huán)流式，環(huán)流式還分為單溢流和雙溢流。 液體在塔板上流動(dòng)路線長，氣液接觸時(shí)間也長，熱、質(zhì)交換充分，但是塔板阻力大，精餾分離的能耗升高。所以全低壓制氧機(jī)，由于塔板阻力直接影響制氧機(jī)能耗，且環(huán)形塔板直徑大，因此，多數(shù)采用對(duì)流或徑流板。,規(guī)整填料精餾塔與篩板塔的比較,精餾塔分為篩板塔和填料塔兩大類。填料塔又分為散堆填料和規(guī)整填料兩種。篩板塔雖然結(jié)構(gòu)較簡單，適應(yīng)性強(qiáng)，宜于放
27、大，在空分設(shè)備中被廣泛采用。但是，隨著氣液傳熱、傳質(zhì)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)高效規(guī)整填料的研究，一些效率高、壓降下、持液量小的規(guī)整填料的開發(fā)，在近十多年內(nèi)，有逐步替代篩板塔的趨勢(shì)。 規(guī)整填料由厚約0.22mm的金屬波紋板組成，一塊塊排列起來的金屬波紋板，低溫液體在每一片填料表面上都形成一層液膜，與上升的蒸氣相接觸，進(jìn)行傳熱傳質(zhì)。規(guī)整填料的金屬比表面積約是填料為篩板的30倍，液氧持留量僅為篩板的3540。而且，因?yàn)榫s塔截面積比篩板塔小1/3,填料垂直排列，不存在水平方向濃度梯度的問題，只要液體分布均勻，精餾效率較高，壓力降較小，氣體穿過填料液膜的壓差比穿過篩板液層的壓差要小得多，約只有50Pa。上塔底部
28、壓力的下降，必然可導(dǎo)致下塔壓力降低，進(jìn)而主空壓機(jī)的出口壓力相應(yīng)降低，使整套空分的能耗降低。同時(shí)，規(guī)整填料液體的滯留量小，因此，對(duì)負(fù)荷變化的應(yīng)變能力較強(qiáng)。,規(guī)整填料塔與篩板塔相比，有以下優(yōu)點(diǎn)： 1)壓降非常小，氣相在填料中的液相膜表面進(jìn)行對(duì)流傳熱、傳質(zhì)，不存在塔板上清液層及篩孔的阻力。在正常情況下，規(guī)整填料的阻力只有相應(yīng)篩板塔的1/51/6； 2)熱、質(zhì)交換充分，分離效率高，使產(chǎn)品的提取率提高； 3)操作彈性大，不產(chǎn)生液泛或漏液，所以負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍大，適應(yīng)性強(qiáng)。負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍可以在30%100%，篩板塔的調(diào)節(jié)范圍在70%100%； 4)液體滯留量小，啟動(dòng)和負(fù)荷調(diào)節(jié)速度快； 5)可節(jié)約能源。由于阻力小
29、，空氣進(jìn)塔壓力可降低0.07MPa左右，因而使空氣壓縮能耗減少6.5左右； 6)塔徑可以減小。 7）應(yīng)用規(guī)整填料后，由于當(dāng)量理論塔板的壓差減小，全精餾制氬可能實(shí)現(xiàn)，氬提取率提高10%15%。 8）一般都選擇鋁作為規(guī)整填料的材料，這樣可減輕重量和減少費(fèi)用，但必須控制好填料金屬表面殘留潤滑油量小于50mg/m2。在這樣條件下，可認(rèn)為鋁填料塔和鋁篩板塔用于氧精餾是同樣安全的。,精餾塔的下塔為什么一般不以規(guī)整填料塔取代篩板塔,規(guī)整填料塔的每1m填料相當(dāng)?shù)睦碚撍鍞?shù)與上升氣體的空塔流速成反比，與氣體的密度的1/2次方成反比。由于下塔的壓力高，氣體密度大，當(dāng)處理的氣量和塔徑一定時(shí)，每米填料的理論塔板數(shù)減少，即需要有較高的下塔才能滿足要求，這將使阻力增大，能耗增加，如果靠增大塔徑來降低流速，提高每米填料的理論塔板數(shù)，則會(huì)增加下塔的投資成本。因此，下塔是否采用規(guī)整填料，需要權(quán)衡利弊。目前還是以采用篩板塔的居多。,
低溫精餾原理及精餾塔
