空分操作基础知识培空分操作基础知识培 训训一、空分装置：一、空分装置： uu采用低温精馏法从空气中将氧、氮、氩等气体分离出来的装置；采用低温精馏法从空气中将氧、氮、氩等气体分离出来的装置； 二、氧、氮、氩在国民经济产业链中的用途：二、氧、氮、氩在国民经济产业链中的用途：uu氧气在冶金工业中的作用氧气在冶金工业中的作用节能节能 提高产量和质量提高产量和质量 环保环保 l l 电炉用氧电炉用氧：可以加速炉料的融化：可以加速炉料的融化 杂质的氧化杂质的氧化 提高产量和质量提高产量和质量 电炉吹电炉吹 1m31m3标态氧节电标态氧节电5-10kw.h5-10kw.h l l 转炉炼钢法转炉炼钢法（LDLD法）：吹入高纯氧，与碳、磷、硫、硅等元素发生氧化反应法）：吹入高纯氧，与碳、磷、硫、硅等元素发生氧化反应 ，降低钢的含碳量，清除了磷、硫、硅等杂质，利用反应热来维持冶炼过程，降低钢的含碳量，清除了磷、硫、硅等杂质，利用反应热来维持冶炼过程 所需要的温度；所需要的温度； 冶炼时间短，产量高；吨钢耗氧：冶炼时间短，产量高；吨钢耗氧：50-60m350-60m3； l l 高炉富氧鼓风：高炉富氧鼓风：可显著降低焦比，提高产量；富氧浓度可显著降低焦比，提高产量；富氧浓度24-25%24-25%； l l 炼铁采用还原法炼铁采用还原法（COREXCOREX）新工艺取代高炉炼铁，单位投资可降低）新工艺取代高炉炼铁，单位投资可降低20%20%，成，成 本下降本下降20-25%20-25%，不需要焦炭，废水废气排放减少，利于环境保护；，不需要焦炭，废水废气排放减少，利于环境保护； 吨铁耗吨铁耗 氧：氧：550-650m3550-650m3； l l 有色冶金有色冶金为节能增产，发展自热冶炼，综合利用和保护环境，正在推广氧气为节能增产，发展自热冶炼，综合利用和保护环境，正在推广氧气 冶炼法；冶炼法；uu氧气与化工氧气与化工：包括化工工艺用氧、化肥工业用氧、煤化工用氧；：包括化工工艺用氧、化肥工业用氧、煤化工用氧；uu氧气与机械制造、机械加工氧气与机械制造、机械加工：切割、焊接用氧；：切割、焊接用氧； uu纯氧曝气工艺污水处理纯氧曝气工艺污水处理：通过好氧微生物对污水中的有机物进行：通过好氧微生物对污水中的有机物进行 生化反应使污水得以净化。生化反应使污水得以净化。 uu氮气用途氮气用途 l l 冶金工业冶金工业：连铸、连轧、钢材退火的保护气；转炉顶底复合吹氮炼钢，转炉：连铸、连轧、钢材退火的保护气；转炉顶底复合吹氮炼钢，转炉炼钢的密封，高炉炉顶的密封，高炉炼铁煤粉喷吹用气等。炼钢的密封，高炉炉顶的密封，高炉炼铁煤粉喷吹用气等。 l l 电子工业电子工业：大规模集成电路、彩电显像管、电视机和收录机元件及半导体元：大规模集成电路、彩电显像管、电视机和收录机元件及半导体元 件处理的氮气源。件处理的氮气源。l l 金属加工金属加工：光亮淬火、光亮退火、渗氮等热处理的氮气源；焊接及粉末冶金：光亮淬火、光亮退火、渗氮等热处理的氮气源；焊接及粉末冶金 烧结过程中的保护气等。烧结过程中的保护气等。l l 化肥工业化肥工业：氮肥原料；置换、密封、洗涤、保护触媒等用气。：氮肥原料；置换、密封、洗涤、保护触媒等用气。 l l 食品保鲜食品保鲜：粮食、水果等充氮贮藏与保鲜；肉类、乳酪保鲜包装；粮食、水果等充氮贮藏与保鲜；肉类、乳酪保鲜包装； l l 化学工业化学工业：置换、清洗、密封、检漏、干法熄焦中的保护气；催化剂再生、：置换、清洗、密封、检漏、干法熄焦中的保护气；催化剂再生、 石油分馏、化纤生产等用气。石油分馏、化纤生产等用气。uu氩气用途：氩气用途：l l 氩气是目前工业上应用很广的氩气是目前工业上应用很广的稀有气体稀有气体。 l l 对特殊金属，例如铝、镁、铜及其合金和对特殊金属，例如铝、镁、铜及其合金和不锈钢不锈钢在焊接时，往往用氩作为在焊接时，往往用氩作为 焊接保护气，防止焊接件被空气氧化或氮化。焊接保护气，防止焊接件被空气氧化或氮化。l l 在金属冶炼方面，氧、氩吹炼是生产优质钢的重要措施，每炼在金属冶炼方面，氧、氩吹炼是生产优质钢的重要措施，每炼1t1t钢的氩气钢的氩气 消耗量为消耗量为1 13m33m3。此外，电子工业中也需要用氩作保护气。此外，电子工业中也需要用氩作保护气。vv随着中国工业化进程深入和对环境保护、节能越来随着中国工业化进程深入和对环境保护、节能越来 越重视，制氧行业在中国的发展前景广阔；越重视，制氧行业在中国的发展前景广阔； 第一章第一章 空分基础知识介绍空分基础知识介绍：一、氧气的生产方法：l l 化学法化学法将氧化物在一定条件下分解，放出氧气；能耗大、产能小，只将氧化物在一定条件下分解，放出氧气；能耗大、产能小，只适应于实验室。适应于实验室。 变压吸附法（PSA法）基于分子筛对空气中氧氮组分选择性吸附而使 空气分离获得氧气。 此法氧提取率低，但流程简单，常温运行，可在用 氧现场快速便捷获取氧气。l l 电解法电解法以水为原料将水电解而生产氧气。在电解槽的水中通入直流电，以水为原料将水电解而生产氧气。在电解槽的水中通入直流电， 使水电离，氧积聚在阳极，氢积聚在阴极，每制取使水电离，氧积聚在阳极，氢积聚在阴极，每制取1m31m3氧同时可制取氧同时可制取2m32m3氢氢 气；气；l l 空气分离法空气分离法：以空气为原料，将氧氮组分分离而得到氧气、氮气；：以空气为原料，将氧氮组分分离而得到氧气、氮气； 低温法低温法此法将空气压缩、冷却、净化、换热，进而使空气液化，在精馏此法将空气压缩、冷却、净化、换热，进而使空气液化，在精馏 塔中利用氧氮组分沸点不同，使气液接触，进行质、热交换，从而获得高纯塔中利用氧氮组分沸点不同，使气液接触，进行质、热交换，从而获得高纯 氧和高纯氮。此法产量大、能耗低，在工业上得到广泛利用。氧和高纯氮。此法产量大、能耗低，在工业上得到广泛利用。二、气体知识介绍：u 物质通常以气、液、固三态存在，每种物质在不同的温度压力条件下可处 于其中任一状态。 u气体的基本状态参数：l温度表示物质冷热程度；温度的数值通过温标实现；- 温标确定了温 度的0点和单位；- 常用温标介绍； 摄氏温标（t）分度的方法规定在标准大气压下水的冰点为0度，沸点 为100度，把汞在这两点的液柱长度分为100等分，每一等代表1度。 热力学温标（K）又称绝对温标，分度的方法规定在标准大气压下水的三 相点为273.16度，沸点与三相点间分为100格，每格代表1度，把-273.16度定 为绝对零度。 仪表所显示的温度均为摄氏温度，而工程计算必须采用绝对温标 ； 两者换算关系：两者换算关系： t=K-273.16 K=t+273.16t=K-273.16 K=t+273.16l压力单位面积上的作用力，压力的方向总是垂直于容器的器壁；- 常 用单位介绍； 标准大气压（标准大气压（atmatm）: :温度为温度为0 0度时，纬度度时，纬度4545度海平面上大气的平均压力。度海平面上大气的平均压力。 工程大气压（工程大气压（atat）：工程技术上常用的压力单位，指：工程技术上常用的压力单位，指1cm21cm2面积上作用面积上作用1kg1kg 力而产生的压力；力而产生的压力；kg.f/cm2kg.f/cm2； 国际单位国际单位：1m21m2的面积上的面积上1N1N的力而产生的压力，记作的力而产生的压力，记作PaPa（帕）（帕）换算关系换算关系：1atm=1.013*101atm=1.013*105 5Pa 1at=0.981*10Pa 1at=0.981*105 5Pa Pa 1mmH2O=9.81Pa 1bar=101mmH2O=9.81Pa 1bar=105 5PaPa绝对压力绝对压力：容器内气体对容器壁的实际压力；：容器内气体对容器壁的实际压力；表压力表压力：容器内气体实际压力高于大气压力的值；：容器内气体实际压力高于大气压力的值；真空度真空度：容器内气体实际压力低于大气压力的差值；：容器内气体实际压力低于大气压力的差值；换算换算：P P绝绝= P= P表表+ P+ P大气大气 P P绝绝= P= P大气大气-P-P真空度真空度 仪表显示均为表压仪表显示均为表压， 实际计算均用绝对压力；实际计算均用绝对压力；l l质量体积：质量体积：质量体积质量体积单位质量的气体所具有的容积；单位质量的气体所具有的容积； 用用“v”v”表示；表示； 单位：单位：m3/kg; m3/kg; 气体密度气体密度：单位容积的气体质量，称气体的密度；：单位容积的气体质量，称气体的密度； 用用“”表示；表示； 单位：单位：kg/m3kg/m3； 气体在不同的压力、温度条件下，拥有不同的质量体积和密度；气体在不同的压力、温度条件下，拥有不同的质量体积和密度；uu气体基本定律气体基本定律气体状态发生变化时，气体基本状态参数气体状态发生变化时，气体基本状态参数P P、v v、T T三三 者之间的关系的定律；者之间的关系的定律；uu理想气体理想气体：指压力不高温度不太低的情况下，气体分子本身所占的体积指压力不高温度不太低的情况下，气体分子本身所占的体积 和相互的作用可忽略不计，这种状态的气体。和相互的作用可忽略不计，这种状态的气体。= = 自然界不存在理想气体；自然界不存在理想气体； 在一定温度下，气体在各状态下的压力与质量体积成反比；在一定温度下，气体在各状态下的压力与质量体积成反比； 在压力一定下，气体在各状态下的质量体积与绝对温度成正比；在压力一定下，气体在各状态下的质量体积与绝对温度成正比； 在体积一定下，气体在各状态下的绝对温度与压力成正比；在体积一定下，气体在各状态下的绝对温度与压力成正比；l l热力学能热力学能工质是由分子组成，其内部分子不停的运动而具有动能，工质是由分子组成，其内部分子不停的运动而具有动能， 分子之间相互存在作用力因而具有位能，分子动能和位能之和叫分子之间相互存在作用力因而具有位能，分子动能和位能之和叫热力学热力学 能能（内能）；（内能）；l l焓焓工质在流动过程中，后面的气体对前面的气体有推动的功，因而工质在流动过程中，后面的气体对前面的气体有推动的功，因而 具有流动能，焓是气体内能与流动能之和；具有流动能，焓是气体内能与流动能之和；l l熵熵一块炽热的铁会自然冷却，水会自然从高处流向低处，它们的逆一块炽热的铁会自然冷却，水会自然从高处流向低处，它们的逆 过程均不会自发进行（自发过程），这种有方向性的过程叫过程均不会自发进行（自发过程），这种有方向性的过程叫“ “不可逆过程不可逆过程 ” ”，熵：是可以度量，熵：是可以度量“ “不可逆过程不可逆过程” ”前后两个状态不等价性。前后两个状态不等价性。 S=0 S=0时，表示绝热；时，表示绝热； S S0 0时表示过程放热；时表示过程放热； S S0 0时表示过程时表示过程 吸热；吸热；uu气体的热力性质图：气体的热力性质图： l lT-ST-S图：图：等 压 线 P=P临等焓线TST临干饱和蒸汽线饱和液体线过冷液体区ABC湿蒸汽区K临P1 P2PX等压和等温线未饱和蒸汽区饱和液体汽化阶段加热时，温饱和液体汽