空气分离技术论文(二)
低温技术在空分设备设计中的应用
摘要:随着国民经济的快速发展和科技水平的不断提高，各种新型空分设备不断出现。深冷技术作为空气分离技术中最早的技术，在其发展中得到了广泛的应用。本文主要对深冷技术的概念、空分设备的含义以及深冷技术在空分设备设计中的应用进行分析和探讨。
关键词:低温技术；空气分离设备；设计；应用；概念
中国图书馆分类号:TQ 116.11文献识别码:A文号:1006-8937(2014)23-0063-02。
空气分离技术起源于1985和1903。林德教授创造的第一套空气液化设备和10 m3/h(氧气)空分设备，在其100多年的发展历程中，随着新技术的不断发展，空分设备和技术得到了很大的发展。深冷分离技术是空气分离中最早的技术。经过不断的研究和创新，在工业生产实践和设备更新中，在国民经济发展中，已经越来越成熟。
1低温技术概念
深冷技术是指利用制冷剂介质作为冷却介质，将淬火后的金属材料继续冷却到远低于室温的一定温度(-196℃)，从而达到传递金属材料性能的目的。近年来，随着空分设备设计的不断发展，深冷技术作为一种新工艺技术，是现阶段最有效、最经济、最实用的金属工件送性能技术。
深冷加工时，金属中大量的残余奥氏体转变为马氏体，特别是在-196℃到室温的过程中，过饱和亚稳马氏体的过饱和度会降低，弥散析出。超细碳化物与基体保持晶格关系，电流只有20 ~ 60 A，这种现象可以减少马氏体的晶格畸变，降低微观应力。在材料的塑性变形中，细小弥散的碳化物可以同时存在，超细碳化物颗粒应均匀分布在马氏体基体上，以有效削弱晶界的脆性。细化基体组织不仅能有效削弱杂质元素在晶界的偏析，还能充分发挥晶界强化作用，从而大大改善工模具的性能，提高其硬度、冲击韧性和耐磨性。低温技术的应用不仅体现在工作表面，还渗透到工件内部，呈现整体效果。以此为基础，工件可以重新造型，多次使用。在工件方面，深冷技术的应用也能有效降低淬火应力，增强尺寸稳定性。
2空分设备的含义
随着社会经济的快速发展和科学技术的不断进步，在空分研究等行业的发展中，其设备发展呈现出大型化的趋势，对配套空分设备的要求越来越高。目前我国的空分设备水平已经达到6万台，非常接近世界先进水平。2002年，杭氧3万级国产空分设备在宝钢集团成功运行，大大提高了我国空分设备的竞争力，推动了国产大型空分设备成功大规模占领国内市场。
低温技术在空分设备设计中的应用
空气深冷分离工艺是通过多塔低温蒸馏从压缩空气中制取高纯氧、氮等产品。目前，空分设备的设计主要有两种形式。首先是常温空分设备，主要在常温和非低温下进行。这种常温空分设备可分为两种不同形式:变压吸附分离和膜分离。这里要分析的是空分设备的另一种设计形式，深冷空气分离，主要用于温度很低的情况。20世纪50年代，为了增强我国国防实力，满足国防需求，我国的深冷空气分离技术和设备是从苏联引进和仿制的，仿制企业是杭州铁厂。大约是在1953左右，中国成功地复制了自己的深冷空气分离设备。时至今日，中国的空分技术和设备制造水平已经有了很大的发展，为国民经济的增长做出了贡献。目前，深冷空气分离技术主要应用于以下几个方面。
3.1压缩空气净化模块
压缩空气净化模块的主要部件有高效除油器、冷冻干燥机、精密过滤器和可移动过滤器。首先要将空气在空气压缩机中压缩，然后在空气缓冲罐中运行，然后通过高效除油器有效去除大部分杂质，包括油、水和灰尘。可以用冻干机进一步除湿，精密过滤器再次除油除尘，最后用活性炭过滤器进一步除油。
3.2空气缓冲罐
空气缓冲罐组件的主要部件是空气缓冲罐和附属的阀门仪器。空气缓冲罐在空分设备设计中的主要作用是缓冲和有效降低气流脉动。此外，降低了系统的压力波动，使得压缩空气能够顺利地通过压缩空气净化组件，并且最大程度地有效去除诸如水和水的杂质。同时也可以帮助氧氮分离系统在吸附塔工作切换时，在极短的时间内获得大量的压缩空气。该技术的应用有助于吸附塔内压力快速上升并达到工作压力，还能保证机械设备运行的可靠性和稳定性。
3.3氧氮分离系统
氧氮分离系统的主要部件是吸附塔、压紧装置、附属阀门和仪表。选择复合床结构设计中的吸附塔，主要分为A塔和B塔两个塔，塔内装填进口碳分子筛(为了提高碳分子筛装填的均匀性，可选择拉伸扭曲振动装填方式进行操作)。洁净的压缩空气必须首先在碳分子筛的作用下从A塔入口端流向出口端。此时，它吸附的主要成分是氧气、二氧化碳和水，只有产品氮气从吸附塔的出口端流出。随着时间的推移，当A塔的碳分子筛吸附达到饱和时，自动吸附的现象就会停止。洁净的压缩空气将流入B塔吸氧制氮，A塔的分子筛得到再生。分子筛的再生是通过快速降低吸附塔至大气压以解吸氧气和二氧化碳来实现的。在A、B交替吸附塔的再生过程中，不仅可以完成氧氮分离，还可以连续生产氮气。
3.4氧气和氮气缓冲系统
氧氮缓冲系统的部件主要由氮气缓冲罐、精密过滤器、流量计、调压阀、放空部件等组成。氮气缓冲罐主要平衡从氮氧分离系统分离出的氮气的压力和纯度，以保证氮气的稳定和连续供应。同时，吸附塔切换后，自身的一部分气体被补充到吸附塔中，可以有效地提高吸附塔的压力，有效地保护床，极大地保护了工作时的空分设备。最后再次过滤，主要是精密过滤器，可以最大限度的保证氮气的质量。
深冷空分制氮作为一种传统的制氮方法，已经发展了几十年。这种方法主要以空气为原料。为了将空气液化成液态空气，必须进行严格的压缩、净化和热交换。液态空气的混合物主要由两部分组成:液氧和液氮。液态空气通过它们不同的沸点进行精馏，两者有效分离得到氮气。在整个运行中，深冷空气分离制氮的设备和工艺非常复杂，需要占用大量土地，基建费用很高，产气速度很慢，安装工艺要求高，工期长。从深冷空气分离设备、安装、基层施工等因素进行综合分析。当设备小于3500N·m3/h时，同规格变压吸附装置的成本投资比深冷空分装置低20% ~ 50%。从经济适应性来说，深冷空分制氮装置不适合中小型工业制氮，主要适合大型工业制氮。
4结论
综上所述，随着科学技术的不断提高，我国的空分设备和技术日益走向大型化、专业化和规模化的发展趋势。深冷技术作为空分最重要的分离技术，在保证企业效益最大化的基础上，有效降低深冷技术的能耗，是空分的主要任务。
参考资料:
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