空分培训-1

川空（集团）公司第五期大空分培训四川空分设备（集团）有限责任公司一空分技术基本情况二热工基础，空气的液化三空分装置的工艺流程四空气分离的精馏原理及设备课程内容五空气的净化、空分预冷系统绪论空分技术基本情况空分技术基本情况空分设备是用深度冷冻的方法，使空气液化、分离成氧、氮及氩、氪、氙、氖、氦等稀有气体的一种成套装置。深度冷冻法的原理是基于气体混合物各组分的沸点不同，在低温下采用部分冷凝或者液化精馏工艺将其分离的方法。在深度冷冻法、化学法、电解法、吸附法、薄膜渗透法等制氧方法中，深度冷冻法最经济的，适应性最好的，使用最广泛。基本概念空分技术基本情况100年前，卡尔·林德发明并制造了一台10m3/h单级精馏的低温空气分离设备。克劳特用膨胀机液化空气成功；1924年，弗廉克尔提出用具有金属带填料的蓄冷器代替换器；1932年，拉赫曼提出将部分空气进入上塔，挖掘上塔精馏潜力；1939年，卡皮查将透平膨胀机用于低压空分；40年代，美国成功地制成可逆式换热器，70年代末已成熟地应用于空分设备；50年代，在空分设备中成功地应用了铝带式蓄冷器，60年代又成功地应用石头蓄冷器；80年代，常温分子筛大型化获得成功，增压透平膨胀机也应用于空分设备；90年代，规整填料应用于空分设备。空分设备发展概况空分技术基本情况我国自1953年制成第一台空分设备以后就紧随国际潮流的发展。1955～1956年，我国已成批生产小型空分。1958年制造出铝带蓄冷器的3350m3/h高低压空分设备。1966年制造出石头蓄冷器的全低压空分设备。1970年开始生产板翅式的全低压空分设备。1979年开始生产常温分子筛吸附流程的全低压空分设备。1987年左右在全低压空分上使用了增压透平膨胀机，1996年又在大型全低压空分上应用规整填料塔及全精馏制氩。我国空分设备发展概况空分技术基本情况1971年，在边建设边生产条件下生产了第一台1000Nm3/h空分设备；1982年承接3350Nm3/h，该设备采用当时的8项新技术，于1983年中投产，获得了多项奖励包括节能产品奖；1991年，我公司与法液空首次合作生产广钢气体公司的6000Nm3/h空分设备；1992年与法液空合作生产40000Nm3/h空分设备；1993年与法液空合作生产10500Nm3/h空分设备；1996年，我公司为粤港气体提供的6000Nm3/h空分设备全面吸收法液空6000Nm3/h空分设备的技术，并进行二次开发；大型空分在川空的发展空分技术基本情况1996～1998年，与普莱克斯公司合作为江苏梅山实用气体公司生产了15000Nm3/h空分设备；1997～1999年，又与普莱克斯公司合作生产珠江气体10000Nm3/h空分设备，其氧提取率达到99%，氩提取率达到90%，液体量大于气氧量的30%；2000年，自主开发了第一套10000Nm3/h内压缩流程空分设备；此后济钢、兴澄特钢、唐钢等20000Nm3/h、25000Nm3/h空分设备相继投产。大型空分在川空的发展空分技术基本情况2002年，出口5200Nm3/h超高纯氮液化设备的液氮纯度达2～8PPb，实属国内首创；2005年，为陕西神木化工开发的煤化工配套28000Nm3/h内压缩流程空分设备顺利开车；2005和2006年，川空分别签订了一套40000Nm3/h空分设备，两套45000Nm3/h空分设备；2009年，川空签订了一套50000Nm3/h空分设备。大型空分在川空的发展空分技术基本情况本课程的主要内容包括了成套空分设备中各个系统：压缩系统、纯化系统、制冷系统、换热系统、精馏系统、仪电控系统、产品的压缩、贮运系统以及安全操作系统等；学习的内容还包括物理、热力学、传热学等基础知识。本课程的内容第一章热工基础第一章热工基础第一节气体的性质表l—1干燥空气的组成及各成份的沸点组分分子分子量体积％标准大气压下沸点（K）氧O232209590.18氮N22878.977.35氩Ar400.9387.29氖Ne20.2l.810-327.09氦He45.24×10-44.215氪Kr83.8I×10-4119.79氙Xe31.38×10-6165.02氢Hz25×10-520.27第一章热工基础第一节气体的性质表1一2空气中主要杂质的一般含量机城杂质（克／m3）水蒸汽（体积％）二氧化碳（体积％）乙炔（PPm）0.005～0.012～3（l）0.03（2）0.004～l.0注：（1）工业区大气中二氧化碳含量不大于0.03%。（2）为工业区大气中乙炔含量范围，一般为0.04（PPm），如在乙炔站、电石厂附近。乙炔含量可高达3（PPm）或更高达15～30ppm。第一章热工基础第一节气体的性质气体的基本热力参数温度（T）：温度是物体冷热程度的标志。目前人们通常使用绝对温标（也称国际温标T）和摄氏温标t、华氏温标F三者的换算关系：T=t+273；t=5/9（F-32）；F=9/5t+32。压力（P）:单位面积上所受到的垂直作用力。绝对压力P（绝）是表压力P（表）与当时当地大气压B之和。即P（绝）=P（表）+B第一章热工基础第一节气体的性质气体的基本热力参数)/(3kgmGV)/(1/13mkgGVVG比容的定义：单位重量工质所具有的容积。设有G（公斤）重量的工质占有总容积V（m3），则有比容重度ρ定义：单位体积的工质所具有的重量，由比容的定义可知重度ρ(kg/m3)由此可见比容和重度互为倒数，并都可做为状态参数，但热力学中常用比容做为状态参数。第一章热工基础第一节气体的性质理想气体的基本定律在热工分析和工程计算中，人们往往把实际气体抽象概括为一种实际上并不存在的理想气体，所谓“理想气体”：就是假定气体分子是完全弹性的，不占体积的质点。分子间没有相互作用力。自然界中的一些气体在一般的压力温度范围内，气体的三个状态参数P、V、T之间存在特殊的关系。第一章热工基础第一节气体的性质理想气体的基本定律1）当气体的温度不变时，气体的压力与体积成反比。即：P1V1=P2V2=……..=PV=常数式中：P1、V1表示气体在状态1时的绝对压力和体积；P2、V2表示气体在状态2时的绝对压力和体积；P、V表示气体在任意状态时的绝对压力和体积。第一章热工基础第一节气体的性质理想气体的基本定律2）当气体的压力P不变时，气体的体积与绝对温度成正比。即：v1/T1=v2/T2=……=/T=常数式中：V1、T1；表示气体在状态1的体积和绝对温度；V2、T2：表示气体在状态2的体积和绝对温度；V、T表示气体在任意状态的体积和绝对温度。第一章热工基础第一节气体的性质理想气体的基本定律3）当气体的比容不变时，气体的压力与绝对温度成正比。即：P1/T1=P2/T2=……=P/T=常数式中：P1、T1：表示气体在状态t的绝对压力和绝对温度；P2、T2：表示气体在状态2的绝对压力和绝对温度；P、T表示气体在任意状态的绝对压力和绝对温度。第一章热工基础第一节气体的性质理想气体的状态方程根据上述三条基本定律的综合归纳。或者由直接的实验可以得出；对于同一种气体，虽然在不同的状态下，气体的绝对压力与比容的乘积和绝对温度之比始终保持不变。即：（P1v1）/T1=（P2v2）/T2=Pv/T=常数（R）可以写成在任意状态下，参数P、V、T之间的关系式：PV=RT——这个公式就是“理想气体状态方程式”第一章热工基础第一节气体的性质理想气体的状态方程在应用理想气体状态方程式PV=RT时各个量的意义和单位是：压力p为绝对压力，单位是公斤/米2；比容V，单位是米3/公斤；绝对温度T，单位是K；气体常数R，单位是公斤米/公斤.K。表1-4一些气体的气体常数气体名称分子式分子量u气体常数R(kg.m/kg.k)氧气O23226.5氮气N22830.26氩气Ar4021.26氖气Ne20.242.02氦气He4211.84氪气Kr83.810.22氙气Xe131.36.46氢气H22420.6空气28.929.8第一章热工基础第一节气体的性质理想气体的比热使单位质量的物质温度升高一度所吸收的热量称为比热。热量的单位通常用（大卡）来表示。工质在等压或等容过程中的比热分别叫做等压比热和等容比热，以“Cp”、“CV”表示。第一章热工基础第二节热力学定律功、热量、和热功当量能量从一物体传递到另一物体时，在热力过程中一般都通过工质作功或传热两种过程来实现。在作功过程中，传递能量的大小用功量（公斤力．米）表示。在传热过程中，传递能量的大小用热量（大卡）表示。功量和热量是在能量传递过程中的度量，它们是过程量，不是物体的状态参数。人们通过大量的理论分析和实验验证，证实了热量和功量之间存着如下的换算关系：Q=AW或W=（1/A）×QA叫做热功当量，在数值上A=1／427（大卡／公斤力.米），也就是说1个（大卡）的热量相当于427（公斤力．米）的功量。第一章热工基础第二节热力学定律内能工质内部所具有的能量叫内能。工质的内能主要由动能和位能两部分组成。由于工质的内能只与温度、比容这两个状态参数有关，那么内能也是工质的状态参数，我们用字母u表示（大卡／公斤）。为理想气体不考虑分了之间的作用力，认为位能可以忽略不计。它的内能只与气体的温度有关。第一章热工基础第二节热力学定律热力学第一定律当某一定量机械能产生时（即完成了作功），必有相当的热量消失掉。反之当消耗了一定量的功时（消耗了机械功），必发生相当的热量，这就是热力学第一定律。表示为：进入系统的能量—离开系统的能量=系统能量的增加。Q-Aw=ΔU进的能量为Q，离开系统的能量为AW（膨胀对外界——活塞作功），系统内部能量的改变为ΔU=U2-U1。第一章热工基础第二节热力学定律热力学第一定律绝热过程：q=o，则ΔU=U2-U1=-Aw，说明系统要对外作出功，系统的内能就必定减少，也就是说系统把减少的内能以功的形式转移到了外界。等容过程：W=0，则q=ΔU=U2-U1。说明系统与外界交换的热量全部用来增加或减少系统的内能，吸热则内能增加，放热则内能减少。当工质完成热力循环后，系统回到原始状态．U2=U1，ΔU=0，则q=Aw。即工质在热力循环中所吸收的热量全部被转变成为对外作功，这就说明了“不消耗热量而能连续不断地对外作出功的机器是不存在的”，即第一类永动机是造不成的。第一章热工基础第二节热力学定律热力学第二定律“热量不可能独自地、不付代价地（没有补偿的）从较冷的物体传向较热的物体。”这就是热力学第二定律的一种通俗叙述。在制氧机这个系统中，要使空气由常温不断冷却为低温液体，这就需要将空气中的热量取出交付给较它高的物体，当然必须付出一定的代价。具体来说：空气经等温压缩，膨胀、节流、冷却等一系列热力过程。能量在这些过程中不断转换。最终使得空气本身的热量传递给了其它工质而降温。它的根本补偿是消耗了电能。这在以后分析各个单独热力过程中再介绍。第一章热工基础第三节理想气体的热力过程等容过程等容过程中，气体的比容不变。△ν=0,ν=ν1=ν2=常数。根据Pν=RT，则P/T=常数，即P1／T1=P2／T2。w=0,q=△u+w=△u=cV△t第一章热工基础第三节理想气体的热力过程等压过程气体的压力保持不变dp=0；P=P1=P2=P常数。根据pν=RT，则ν/T=常数，即ν1/T1=ν2/T2膨胀功：W=pdV=P（ν2-ν1)=R（T2-T1）热量：q=Cp(T2-T1)第一章热工基础第三节理想气体的热力过程等温过程在等温过程中，气体的温度不变。△T=0，T1=T2=T=常数，根据pν=RT，则p1ν1=p2ν2，即（P1/P2）=（ν2/ν1）膨胀功：w热量：2112lnlnppRRs第一章热工基础第三节理想气体的热力过程等熵（绝热）过程在绝热过程中，气体与外界交换的热量q=0，过程方程式为：Pvk=常数，即P1/P2=（v2/v1）K；膨胀功：热量：q=0K=Cp/CV称为比热比，也叫绝热指数。))(1(1