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浅论深冷技术空气分离系统的应用摘要：在我国工业高速发展的今天，对高纯度气体需求量急剧增加，应用范围也越来越广泛，尤其是化工工业和金属工业以及材料工业。
过去几十年在发达国家空气分离产品是主要的化学制品。
其中氮和氩的产量增加了50~60%。
在深冷技术流程方面做出了突破性的改进,使得生产氧，氮，氩的能耗降低，纯净度和生产量提高。
新的制氧技术,集中使用在与煤气化综合循环发电一体化上。
小规模生产氮和氧已采用非低温分离技术。
计算机模拟方法有助于对高效率生产氧、氮的吸附流程的开发。
研制出了许多新型薄膜材料和膜分离制氮流程。
深冷技术在我国发展已经成熟，被应用于大规模生产，生产出的氧气纯度高，成本低，所以该技术应用广泛。
本文基于深冷技术的基本原理，建立了空气分离系统流程、并对深冷技术在我国发展的趋势以及现状进行简单分析。
关键词：深冷技术，空气分离，氧气，氮气，应用分析1 深冷技术行业的发展以及现状分析相对于西方工业技术高度发达国家我国深冷技术行业发展比较晚，早在1902年工业强国德国设计制造出世界第一台工业化利用深冷技术实现空气分离的设备，这就标志着本行业在发达国家已有百余年的发展历程。
而我国直至20 世纪50年代末期才开始小批量试制小型深冷空分设备，其差距非常大。
并且在市场经济体制不完善、宏观经济增长相对缓慢的背景下，我国深冷技术行业至 20 世纪 70 年代末期始终未得到快速发展。
20世纪80 年代以后，我国工业化进程大幅加速、基础建设投资快速增长，从而推动本行业进入高速发展期。
由于该阶段本行业的发展动力主要来自钢铁、有色金属等下游行业对于氧、氮、氩等工业气体的需求，因此我国深冷技术设备厂商纷纷将空气分离作为深冷技术研发的主攻领域。
经过多年的努力，我国深冷空分设备的设计、制造能力显著提升，目前已能够跻身世界先进行列。
2深冷技术的空气分离概述：空分的含义可以理解为利用物理和化学方法把空气中的各种混合物分离开，然后在萃取高纯度的氧，氮，氩以及其他稀有气体的过程称为空气分离。
《煤化工生产技术》课程标准总学时数：86 理论课时：62 实践课时：24适用专业：煤化工生产技术学分：4制定人：煤化工教研室制定日期：2014年4月一、课程性质本课程是煤化工生产技术专业的一门必修课。
本课的任务是使学生掌握煤化工生产的基本概念，了解煤化工安全生产方面的知识，深化空气深冷液化分离、煤气化、煤液化、甲醇生产技术及煤化学产品加工工艺等方面知识；培养学生的煤化工生产操作方面的专业能力，如正确地确定生产的工艺条件的能力，在煤化工安全生产操作规程下解决生产过程中一般工艺技术问题的能力以及正确操作煤化工的重要设备等；同时注重培养学生的社会能力和方法能力。
本课程是在学生完成化工原理、物理化学、有机化学、无机化学、煤化学等基础课的学习后开设的，并通过专业实训与仿真实训强化学生的专业技能。
二、设计思路《煤化工生产技术》是以对企业技术骨干和管理人员关于工作任务的调查分析为依据，确立课程教学目标和内容；以培养就业能力为导向，课程内容与职业资格取证要求融通；以典型工作任务分析为基础，构建总体能力目标、具体能力目标和知识目标。
煤化工生产技术专业是以就业为导向、职业能力培养为目标，培养具有较强实践动手能力，具备必须的文化基础知识、煤化工工艺基本理论和从事煤化工生产操作、工艺运行、技术管理等工作的职业能力和综合素质，在生产、建设、管理、服务等一线工作精工艺、懂设备、懂管理的高素质技能型专门人才。
按照章节分为十一章，按工作任务工作岗位进行任务分解，形成6个学习情景：空气深冷液化分离；煤焦化技术；煤气化技术；煤液化技术；合成气合成天然气与甲醇技术；甲醇合成其他化学产品技术。
对工作过程的实施以工学结合方式实现。
在教学安排上，按周数进行。
采用教师授课、实训室实习、下厂参观及及顶岗操作，便于原理讲授与操作训练相结合。
每个学习情境内选取典型的工作任务，在教师指导下，课堂传授专业知识、课下掌握专业技能，把教师的教学过程与学生的学习过程、企业生产与工作过程联系起来，使学习内容充分体现企业实际需要，让学生在生产任务实施中训练操作技能、团队合作和沟通技能、工作能力和方法能力，体验企业工作过程和氛围，构建知识。
深冷法分离空气的基本原理一、空气的组成与产品（氮气、氧气）的制取空气是一种复杂的气体混合物，由多种气体组成。
干燥空气的组成，各类组份的性质不同，一般来说，常规情况下空气的组成可视为不变，只有二氧化碳在空气中的含量，随地区条件的不同有一些变化，另外空气中还含有少量的机械杂质、水蒸气、乙炔、甲烷、二氧化氮、一氧化碳等对空气分离有害的成分。
深冷法（低温法）分离空气的基本过程是：将空气压缩到所需要的压力后，先彻底去除空中的水蒸气与二氧化碳，而后送入分馏塔。
空气在分馏塔中的主换热器内与返流的产品气、富氧气体进行热交换，被冷却并部分液化，最后进入精馏塔。
空气在塔内变成液体聚积在塔底，利用氧、氮沸点之差使之分离，成为产品气和富氧空气。
分离产品经主换热器复热后送出分馏塔，产品气使用点，富氧气一部分去纯化器再生，多于富氧气出分馏塔直接放空。
水在0°C要结冰，二氧化碳在～79°C要变成干冰。
而在0.6 下的空气，其液化温度约为～172。
5°C，因此，如果水和二氧化碳不先除去，则随空气的冷却它们将先后变成冰和干冰，并随气体一起流动积聚，堵塞主换热器的空气通道、精馏塔筛板小孔、阀芯，影响装置的正常运转。
水、二氧化碳、润滑油一样，对空气分离装置低温部分危害极大。
空气中的碳氢化合物，特别是乙炔，在精馏过程中，如液空和液氧中的乙炔的浓度浓缩到一定程度就有爆炸的可能。
因此乙炔在液氧中的浓度规定不能超过0.1ppm。
空气中的不凝性气体，如氖、氦气，由于其冷凝温度太低，在空气设备的运行中，总是以气态集聚在冷凝蒸发器内，侵占冷凝蒸发器的热换面积，增大了热阻，影响热交换效果，因此也需要经常排放。
空气的深冷分离过程是一个物理过程，空气冷却与液化并使冷箱内的各部分冷却到各自的工作温度并始终维持在各自的工作温度，所需要的“冷量”主要是膨胀机提供的。
从上面的简单叙述中可以知道，深冷法分离空气一般包括以下一些过程：空气中的机械杂质的去除空气压缩到所需要的压力空气中水分、二氧化碳与乙炔的去除冷量的产生空气的冷却、液化与分离产品的复热液态空气的精馏、分离成产品气和富氧空气产品气的压缩与液化产品的贮存、运输和汽化此外还有保温与绝热、计量、检测与控制等内容。
深冷技术在空气分离设备设计中的应用陈庆生摘要：空气分离技术在现阶段也是应用比较广泛的技术，在许多工程中都起到至关重要的作用。
深冷技术的专业性强度比较大，尽管进行了很多次的完善和改进，现如今，深冷技术依然需要不断的研究，才能使该技术扩大范围推广。
利用深冷技术的空分设备在工业上的利用比较广泛，比如炼钢厂或者煤化工厂中，本文主要研究煤化工厂中深冷技术在空分设备的应用，以及杭氧的58000NM3/H的空分。
另外，该技术的发展理念也在不断变化，为了适应这种变化，我们必须紧跟时代的步伐，让深冷技术走向成熟，提高空气分离设备的工作效率。
关键词：深冷技术；空气分离；设计应用在很多情况下都可以空气达到分离，如果是在非低温的情况下而达到的空气分离效果的叫做常温空分。
而这种方法又细分为变压吸附分离和膜分离两种。
还有一种方法是在低温条件下进行的，就叫做深冷空分技术。
这种方法主要是将金属材料的温度降低到室温下的特定的一个值，以保证可以改变金属材料的某种特性，达到空气分离的目的。
本文主要是研究深冷空分在空气分离中的应用。
该方法也一直在被探索和挖掘，新的科学理念被注入，让该方法更具活力。
本文简单介绍什么是深冷技术以及空气分离设备的组成，让人们更加了解这种技术，让这种技术得到广大推广。
一、对深冷技术的介绍以及空气分离设备的含义深冷技术就是利用冷媒介质作为冷却介质，将淬火后的金属材料的冷却过程继续下去，达到远低于室温的某一温度，从而达到发送金属材料性能的目的。
深冷技术是近年来兴起的一种发送金属工件性能的新工艺技术，是目前最有效、最经济的技术手段。
在进行深冷加工时，金属材料中有些过饱和的亚稳定马氏体的过饱和度会有所降低，此时，会有析出超细小的碳化合物，这种碳化合物和基体保持着碳化物还可以减少位错运动的发生，宏观物体的性能由微观性质决定，通过深冷的关系，这样金属材料的晶格畸变的现象就会大大减少，具有良好的性能。
不仅如此，这些技术改变了金属材料的微观性质，从而影响了金属材料的宏观性能，由于超微细的碳化物会沿着马氏体析出，减弱了晶界的脆化作用，加大了金属材料的强度。
分析深冷技术在空气分离设备设计中的应用发布时间：2022-09-27T03:15:15.804Z 来源：《科技新时代》2022年5期3月作者：李凯龙[导读] 空气分离技术目前被广泛应用于冶金、化工、石油、机械、采矿、食品、军事等工业部门，李凯龙河南龙宇煤化工有限公司河南永城 476600摘要：空气分离技术目前被广泛应用于冶金、化工、石油、机械、采矿、食品、军事等工业部门，利用低温冷冻原理，通过空气分离设备将空气中的其他组成部分分离出来，给人类生存生活提供所需的原料。
近些年，随着工业不断向着产业化发展，工业水平得到了长足的进步，空气分离技术也有了非常广阔的发展空间，空气分离设备不断朝着智能化、数字化的方向在前进，无论是在运转稳定性、运转周期、分离速度等方面都有了非常显著的提高。
作为最常用的空气分离技术，深度冷冻（深冷）技术因为分离纯度高，工作效率高而被广泛使用，本文将分析深冷技术在空气分离设备设计中的应用，希望能够提高行之有效的理论基础。
关键词：深度冷冻技术、空气分离设备、设计、应用引言目前，空气分离技术大致包含深度冷冻、吸附、膜分离等几种方法，在这些方法中，研究成功最早、也是目前应用最广泛的就是深度冷冻技术。
1895年，德国人C.林德研究成功了一次节流循环液化空气的方法，这是最简单的深度冷冻循环。
深度冷冻又称深冷技术，大体含义就是通过冷却手段，将空气中的其他成分分离出来的一种技术。
因其效率高、成本低，近些年得到了非常广泛的使用，在空气分离设备中，应用深冷技术也成为最常用的选择。
改革开放以来，我国的经济实现了跨越式的发展，工业基础方面一改以往薄弱的形象，走上了大型化的发展道路，我国的空气分离设备也经过不断地发展，达到了世界领先的地位。
一、空气分离设备在我国的发展空气分离设备在实际设计时，基本上离不开两种方式，一种是在常温环境下进行的空气分离；而另一种就是我们今天要介绍的深冷空气分离，它具体就是指在低温环境下进行空气分离。
深冷空气分离技术深度冷冻法分离空气是将空气液化后，再利用氧、氮的沸点不同将它们分离。
即，造成气、液浓度的差异这一性质，来分离空气的一种方法。
因此必须了解气、混合物的一些基本特征：气-液相平衡时浓度间的关系：液态空气蒸发和冷凝的过程及精馏塔的精馏过程。
1. 空气的汽-液相的平衡，物质的聚集状态有气态、液态、固态。
每种聚集态内部，具有相同的物理性质和化学性质并完全均匀的部分，称为相。
空气在塔内的分离，一般情况下，物料精馏是在汽、液两相进行的。
空气中氧和氮占到99.04%，因此，可近似地把空气当作氧和氮的二元混合物。
当二元混合物为液态时，叫二元溶液。
氧、氮可以任意比例混合，构成不同浓度的气体混合物及溶液。
把氧、氮溶液置于一封闭容器中，在溶液上方也和纯物质一样会产生蒸汽，该蒸汽是由氧、氮蒸汽组成的气态的相混合物。
对于氧氮二元溶液，当达到汽液平衡时，它的饱和温度不但和压力有关，而且和氧、氮的浓度有关。
当压力为1at 时，含氮为0%，2%，10%的溶液的沸点列于表1-5。
从表可知，随着溶液中低沸点组分（氮）的增加，溶液的组和温度降低，这是氧-氮二元溶液的一个重要特性。
空气中含氩0.93%，其沸点又介于氧、氮之间。
表1-5溶液组成与沸点的关系在空气分离的过程中，氩对精馏的影响较大，特别是在制取高纯氧、氮产品时，必须考虑氩的影响。
一般在较精确的计算中，又将空气看作氧-氩-氮三元混合物，其浓度为氧20.95%，氩0.93%，氮78.09%（按容积）。
三元系的汽液平衡关系，可根据实验数据表示在相平衡图上。
确定三元系的汽液平衡状态时，必须给定三个独立参数，除给定温度、压力外，需再细定一个组分浓度（气相或液相）平衡状态才能确定。
2. 压力-浓度图和温度-浓度图 在工业生产中，气液平衡一般在某一不变条件下进行的。
在温度一定时可得如图1-13所示的压力-浓度的关系图（P-X 图）。
溶液组成沸点（vc ）（1at ） 氧% 氮%100 9690 02 10 89.88 89.32 87.37图1-13氧、氮P-X图图1-14氧、氮T-X图图1-13是根据T=常数，绘出的氧、氮平衡系的P-X图，纵坐标为压力，横坐标取氮的液相及气相浓度（也可取氧的浓度）。
