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空氣分離方法與工藝流程選擇論文
【摘要】由于社會的迅猛發(fā)展致使高純度氮氧氣的需求量持續(xù)增加，所以，空氣分離技術(shù)得到了一定的發(fā)展。由于人們對氮氣和氧氣的純度需求各不相同，因而，需要據(jù)此選擇不一樣的空氣分離方法與工藝流程。本文對空氣分離方法與工藝流程的選擇進行了相關(guān)探討，以供相關(guān)人員參考。
【關(guān)鍵詞】空氣分離；方法；工藝流程；選擇
通常而言，空氣分離是依照空氣里面各個組分物理性質(zhì)的差異性，運用膜分離方式和低溫分離方式等，從空氣里面分離出氮與氧，或者一并提取氦與氬氣等這類稀有氣體的流程。工程設(shè)計工作人員應(yīng)當充分掌握好空氣分離裝置的各種工藝與流程特征，在設(shè)計的過程中才能按照用戶需求，正確分析其工作情況，給用戶挑選出合適的空氣分離工藝與流程。不僅需避免盲目尋找新技術(shù)與新工藝，同時還需確保挑選出來的工藝流程是高效的、經(jīng)濟的、以及安全可靠性高的。
1空氣分離方法分析
1.1低溫空氣分離方法
一般來說，低溫空氣分離方法的空氣分離設(shè)備由四個部分所構(gòu)成，即空氣里面的雜質(zhì)與分子等凈除、空氣經(jīng)過換熱冷卻與液化；膨脹制冷和空氣壓縮；空氣分離與精餾；低溫產(chǎn)品冷量壓縮和回收。每一個部分實現(xiàn)的方法以及運用的設(shè)備均是不一樣的，可組合成不一樣的流程[1]。根據(jù)工作壓力可分成高壓、中壓、低壓這三個流程。其中，高壓工作壓力為10到20MPa，制冷量來源于節(jié)流效應(yīng)，無需膨脹機械設(shè)備，操作程序非常簡單，可是僅僅適合使用在小型的制氧機以及液氯機。中壓工作壓力是1到5MPa，針對小的空氣分離裝置，因為單位冷量損失較大，必須要有很大的單位制冷量進行平衡，因此對工作壓力提出了高要求。這個時候，制冷量就是依靠膨脹機。低壓工作壓力基本上和下塔壓力差不多，其是現(xiàn)階段使用最廣的一個流程，這一裝置單位能源消耗非常低，所以該種類型的空氣分離流程運用較廣。根據(jù)產(chǎn)品壓縮方法可劃分成分離裝置內(nèi)外壓縮這兩種。外壓縮就是獨立設(shè)置產(chǎn)品氣體壓縮機，不會影響到裝置工作。內(nèi)壓縮就是使用泵壓縮液態(tài)產(chǎn)品，接著通過復(fù)熱與氣化傳輸?shù)窖b置外。比較而言，內(nèi)壓縮更加安全，可是液體泵正常與否會對裝置的運行造成一定的影響[2]。
1.2變壓吸附的分離方法
變壓吸附方法就是把壓縮空氣當成原材料，通過分子篩為吸附劑，在一定程度的壓力作用下，借助空氣里面的氮氧分子在不相同分子篩表層吸附量的不同，在某一時間中氮氧在吸附相富集，氮氧在氣體相富集，進而分離氮氧。該分離方式的流程就是：空氣通過空壓機壓縮以后，經(jīng)凈化系統(tǒng)將有害物質(zhì)消除，進到吸附塔；在吸附塔里面，設(shè)置不相同類型的吸附劑，吸附氮氧分子，讓那些沒有被吸附的氮氧富集且在吸附塔頂端獲取到純度較高的產(chǎn)品氣體�，F(xiàn)階段，變壓吸附大部分使用的是雙塔流程，倘若一組吸附，那么還有一組就會進行降壓解吸。雙塔根據(jù)設(shè)置的時序交替工作，可以達到不間斷供氣的目的。經(jīng)過將吸附劑及其壓力轉(zhuǎn)變，就能夠獲取到不一樣質(zhì)量等級的氮產(chǎn)品與氧產(chǎn)品[3]。
1.3膜分離方法
這種分離方式實際上是通過氣體擴散的原理，借助原料氣里面不相同氣體對于膜材料有不一樣的滲透率，通過膜兩邊氣體的壓力差作為驅(qū)動力，在滲透邊獲取到滲透率較大的氣體富集物料，在還沒有滲透側(cè)獲取到不容易滲透氣體富集分離氣，以此實現(xiàn)氣體分離。膜分離的流程就是：空氣通過空壓機壓縮、進而經(jīng)過濾系統(tǒng)與干燥系統(tǒng)過濾除油、干燥消除水分以后，進到加熱器加溫至50攝氏度，接著進入到膜分離器。壓縮空氣在膜兩邊壓力差下，水蒸氣和氧氣等滲透率較快的氣體從高壓內(nèi)側(cè)纖維壁往低壓外側(cè)滲透出來，在膜的滲透邊富集，將富氧氣放空；滲透率緩慢的氮氣停滯于膜滯留側(cè)，被富集進到產(chǎn)品氮氣罐，以此實現(xiàn)開工期氮氧分離。挑選不一樣的透析膜，可以得到不一樣純度的氮產(chǎn)品和氧產(chǎn)品。
2空氣分離工藝流程選擇
經(jīng)過對空氣分離裝置的基本工作原理以及工藝流程的分析，設(shè)計工作人員進行設(shè)計的時候，需要按照用戶的需求，堅持技術(shù)可靠、經(jīng)濟且能源節(jié)省的原則，采用以下方式選擇空氣分離工藝流程：
2.1全低壓低溫精餾內(nèi)外壓縮工藝流程
首先，把產(chǎn)品氧氣壓力當成是選擇的必要依據(jù)。假使產(chǎn)品氧氣壓力小于3MPa，那么挑選出內(nèi)壓縮和外壓縮工藝流程都可以。外壓縮流程能源節(jié)省效果更佳，與此同時還可以減少成本投入，可是，根據(jù)安全方面來思考，內(nèi)壓縮工藝流程的可靠性更高一些。假使氧氣的壓力大于等于3MPa，最好應(yīng)當選取內(nèi)壓縮工藝流程，其更加安全和可靠。其次，將產(chǎn)品中氣與液比例當作選擇的重要依據(jù)。針對全低壓低溫精餾，不管是挑選外壓縮還是內(nèi)壓縮工藝流程，均可以制備液態(tài)氧產(chǎn)品和氮產(chǎn)品�？墒且簯B(tài)產(chǎn)品占據(jù)的氣氧產(chǎn)品比重，對裝置能源消耗影響更大。所以，需要按照液態(tài)產(chǎn)品產(chǎn)量挑選空氣分離裝置。通常，液態(tài)條件下產(chǎn)品的產(chǎn)量，要高于8%氣氧條件的產(chǎn)量，挑選全低壓內(nèi)壓縮工藝流程更加合理。相反的，則最好選擇使用外壓縮工藝流程。
2.2選擇全氣態(tài)產(chǎn)品工藝流程
1）氮氣產(chǎn)品工藝。假設(shè)需要的產(chǎn)品是比較單一化的氮氣，集中分離工藝均可以滿足有關(guān)規(guī)定。可是由于工藝有一定的局限性，膜分離與變壓吸附方式產(chǎn)品純度以及氣體耗量相互制衡，所以不能取得很多的純氮氣產(chǎn)品，現(xiàn)如今，比較常見的膜分離與變壓吸附方式獲得氮氣產(chǎn)品均為5000Nm3/h，產(chǎn)品的純度是99%。2）氧氣產(chǎn)品工藝。針對用戶所需產(chǎn)品是氣態(tài)氧氣和純度低于95%，同時規(guī)模不大的空氣分離裝置，需要選擇使用變壓吸附方式或者低溫空氣分離方法。氧氣純度比90%大，與此同時采用持續(xù)的則只可以挑選低溫空氣分離工藝流程。膜分離工藝裝置無法取得純度較高的氧氣，所以，這種工藝僅適合使用在鍋爐富氧燃燒與醫(yī)療等對氧氣純度要求較低的領(lǐng)域之中。
3結(jié)束語
在工程運用的過程中，不相同的領(lǐng)域與項目對于氮氧的需求也是不同的。因而，需要工程設(shè)計人員充分掌握好不一樣的空氣分離工藝基本工作原理與特征，才能夠引導我們在充分滿足用戶各方面需求的情況下，挑選出合適的工藝流程。
參考文獻
[1]徐金永.淺析空氣分離裝置在化工企業(yè)中流程選擇[J].化工設(shè)計通訊,2018,44(02):125.
[2]王成延,王曉兵.淺析低溫空氣分離裝置的流程與創(chuàng)新[J].化工管理,2015,(27):90.
[3]包士然,張金輝,張小斌.磁致空氣分離技術(shù)的研究進展[J].浙江大學學報(工學版),2015,49(04):605-615.
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