{dy}章

1基本常识

l.空气分离有哪几种方法.

答:空气中的主要成分是氧和氮，它们分别以分子状态存在。分子是保持它原有性质的

最小颗粒，直径的数量级在10-8cm，而分子的数目非常多，并巨不停地在作无规则运动，因此，空气中的氧、氮等分子是均匀地相互搀混在，起的，要将它们分离开是较困难的。目前主要有3种分离方法。

(1)低温法

先将空气通过压缩、膨胀降温.直至空气液化，再利用氧、氮的气化温度(沸点)不同(在

大气压力下，氧的沸点为90K ,氮的沸点为77K）.沸点低的氮相对于氧要容易气化这个特

性，在精馏塔内让温度较高的蒸气与温度较低的液体不断相互接触，液体中的氮较多地蒸

发，气体中的氧较多地冷凝.使上升蒸气中的含氮量不断提高，下流液体中的含氧量不断增

大，以此实现将空气分离。要将空气液化，需将空气冷却到100K以下的温度，这种制冷叫深度冷冻;而利用沸点差将液空分离的过程叫精馏过程.低温法实现空气分离是深冷与精馏的组合，是目前应用最为)一泛的空气分离方法

(2)吸附法

它是让空气通过充填有某种多孔性物质一分于筛的吸附塔，利用分子筛对不同的分

子具有选择性吸附的特点，有的分子筛(如5A ， I 3X等)对氮具有较强的吸附性能，让氧分子通过，因而可得到纯度较高的氧气;有的分子筛(碳分子筛等)对氧具有较强的吸附性能，让氮分子通过，因而可得到纯度较高的氮气。由于吸附剂的吸附容量有限、当吸附某种分子达到饱和时，就没有继续吸附的能力，需要将被吸附的物质驱赶掉，才能恢复吸附的能力。这一过程叫“再生”。因此，为了保证连续供气，需要有两个以上的吸附塔交替使用。再生的方法可采用加热提高温度的方法(TSA)，或降低压力的方法((PSA ) 。

    这种方法流程简单，操作方便，运行成本较低，但要获得高纯度的产品较为因难，产品氧纯度在9 3 %左右。并且，它只适宜于容量不太大〔小于4000m3/h)的分离装置。

    （3)膜分离法

    它是利用一些有机聚合膜的渗透选择性，当空气通过薄膜(0. lμm)或中空纤维膜时，氧

气的穿透过薄膜的速度约为氮的4一5倍，从而实现氧、氮的分离‘这种方法装置简单，操作方便，启动快，投资少，但富氧浓度一般适宜在28一3S肠 ,规模也只宜中、小型，所以只适用于富氧燃烧和庆疗保健等方面。目前在玻璃窑炉巾已得到实际应用。

2.制氧机(空分设备)有哪几种类型?

答:制氧机又叫空气分离设备(简称空分设备)，它的种类很多，根据不同的分类方法，有许多不同的类型  

按产品纯度不同，可分为生产气纯度在99.2％以上的高纯氧的装置;生产氧纯度为95％左右的低纯氧(也叫工艺氧)的装置;生产纯度低于35%的富氧(也叫液化空气)的装置。

根据产品种类不同，可分为单纯生产高纯氧的单高产品装置;同时生产高纯氧和高纯氮的双高产品装置;附带提取稀有气体的提显装置或全提取装置。

    根据产品的形态，可分为生产气态产品的装置:生产液态产品的装置和同时生产气态、

液态产品的装置。

按产品的数量不同，可分为800m3/h以下的小型设备;1000----6000m3/h的中型设备;

10000rn3/h八:以上的大型设备。

    按分离方法不同，可分为低温精馏法;分子筛吸附法和薄膜渗透法。

    按工作压力高低，可分为压力在10. 0 --- 20.0MPa的高压装置;工作压力为1. 0 ---5.0MPa的中压装置;压力为0. 5--0. 6MPa的全低压装置。

    分类方法是人为的，还可以有其它的分类方法

3.空分设备的型号表示什么意思?

答:空分设备的产品由于产量、品种、形式不同，规格繁多。为了便于辨认，国内编制了统

一的产品型号代号。它由拼音字母与数字组成，如图1所示。{dy}个(或一、二个)字母表示

产品类别;第二个字母表示流程、结构特点;继后是产品化学元素符号;数字表示各种产品的产量，对气体，都是指标准状态下(0℃ , 0. 101325MPa )的体积;{zh1}为变型设计号.

与空分设备配套的设备也编制了相应的型号。例如，分馏塔的型号:FON-6000/I3000表示;F一分馏塔:O N-氧氮产品; 6000-氧产量，m3/h;13000-氮产量,m3/h.。液化设备的型号:YPON-  200/300表示Y-液化装置;P一膨胀机;ON-氧氮产品;200-液氧产量L/h;300一液氮产量L/h。

4.氧气有什么用途?

答:氧是地球土一切有生命的机体赖以生存的物质。它很容易与其他物质发生化学反应而生成氧化物，在氧化反应过程中会产生大量热量。因此，氧作为氧化剂和助燃剂在冶金、化工、能源、机械、国防〕_业等部门得到广泛应用。

⑴钢铁企业{zd0}的氧气用户是转炉炼钢车间，利用吹入高纯氧气，使铁中碳及磷、硫、硅等杂质氧化，氧化产生的热量足以维持炼钢过程所需的温度。纯氧（＞99.2%）吹炼大大缩短了冶炼时间，井且提高了钢的质量。

电炉炼钢时吹氧可以加速炉料熔化和杂质氧化，节约电能消耗，逐渐成为固定的氧气用户。

高炉炼铁采用富氧鼓风叮以加大煤粉的喷吹量，节约焦炭，降低燃料比。虽然富氧的纯度不高(含氧24~25%).但是、由于鼓风量很大。氧气消耗量也相当可观，接近炼钢用氧的三分之一。因此，也成为主要氧气用户。

有色金属冶炼。重金属冶炼中，火法冶炼占主要地位，除靠硫和铁氧化放热外，还需靠燃料燃烧提供热量。为了强化冶炼过程，降低能耗，减少有害烟气量，采用富氧代替空气进行熔炼，同时可提高设备的生产能力。氧浓度在35~90%。对年产3600t/a铜的闪速炉，需配置生产能力为3000m3/h,氧纯度为95%的制氧机。对100000t/a铅锌的冶炼厂，需配置生产能力为1500m3/h,氧纯度为95%的制氧机。由于它要求的氧纯度不高，相对来说,所需制氧机的容量较小，可以采用分子筛吸附制氧装置。

⑵化学工业，在合成氨的生产化肥过程中，除氮是主要原料气外，氧气用于重油的高温裂化、煤粉的气化等工序，以强化工艺过程。提高化肥产量。一般，一套10万t/a的合成氨装置需配一套70000m3/h的制氧机。

此外，在天然气重整生产甲醇、乙烯、丙烯氧化生产其氧化物，脱硫及回收时，也均需要消耗大量氧气。吨产品耗氧在300-- 1000m3 /t的范围，应配置10000~30000m'/h的制氧⑶能源工业，在煤加压气化时，为了保持炉内氧化层的温度，必须供给足够的氧气。氧气纯度不低于95%,每千克煤的氧气消耗童随煤种、煤质不同而变化。对褐煤，在0. 14---0.18m3/kg的范围;对烟煤为0.17~0. 22m3/kg。气压力由生产工艺要求确定，压力越高，氧气消耗量越少。

对煤气化联合循环发电(1GCC)装置,1kW约需氧气5.6m3。

(4)机械工业。主要用于金属切割和焊接。氧气作为乙炔的助燃剂，以产生高温火焰，使金属熔化。

(5)国防工业。液氧常作为火箭的助燃剂可燃物质浸泡液氧后具有强烈的爆炸性，可制作液氧xx。

此外，在医疗部门，氧气也是病人急救和辅助xx不可缺少的物质因此，氧气生产已是国民经济中不可缺少的重要环节。

5.铜铁生产中对氧气的数量和质量有什么要求?

答⑴转炉炼钢.要求高纯度的氧气，含氧大于99.5%同时，对压力也有一定要求，工作压力大于上1.3MPa。冶炼吨钢的氧气消耗鳌在50~60m3/t。

⑵高炉富氧鼓风。提高高炉鼓风中的含氧，可以增加煤粉的喷吹量，提高生铁产最。当吨铁喷煤量达200kg/t时，要求鼓风含氧量在25~29%。鼓风中含氧量提高1%，生铁产量增加3%，每吨铁的喷煤量可增加13kg.目前，富氧含量一般为23%~25%，{zg}达27%。

高炉鼓风量很大，每吨铁需12000m3的空气，虽然富氧程度不高，氧气的消耗量也是相当大的。含氧提高1%，对每吨铁约需16一18m3/t的氧气。虽然炼铁对氧气纯度没有什么特殊要求，但是，如果专门为炼铁配置单独的制氧系统。与炼钢用氧不能相互调配，所以一般仍由高纯氧系统供氧。氧气一般从鼓风机进口吸入，所以对氧气压力没有要求。

(3)熔融还原炼铁。它用煤对铁矿石进行还原，要求氧气纯度在95%以上，每吨铁的氧消耗量为500一550m3/t。

6.我国对氧气产品质量有何规定?

 答：在LB3863--83中对工业用氧的产品质址作了具体规定。根据产品中水分的含量分为两类，产品氧纯度又分为两级.如表1所示。

                                          表1工业氧技术要求

指标名称

I类  氧含量〔体积分数)/%〕    ≥99.5   露点/℃    《-43

Ⅱ类I级    氧含量〔体积分数)/%〕  ≥99.5  每瓶游离水/mL(≤)  100

Ⅱ类Ⅱ级    氧含量〔体积分数)/%〕  ≥99.2  每瓶游离水/mL(≤)  100

瓶中的水分含量测定方法有两种: 1) 露点法，用露点仪侧定含水少的情况，测量误差不应大于士1℃;  2) 倒置法。将充满氧气的气瓶垂直倒置l0min,微开瓶阀，让水流至清洁干燥的容器内。当氧气喷出时，立刻关闭瓶阀，用量筒计量流出的水量。一等品应无游离水。

对气瓶采取随机抽样检查。抽样数如表2所示。当有一瓶为不合格时，应加倍抽样检验。仍有一瓶不合格时，该批产品为不合格产品。

                                    表2瓶装工业粗抽的样份

产品批量/瓶 │7~8 │9~15 │16~25 │26~50 │≥50│

抽样数量/瓶 │  2 │  3  │  4   │  5   │  6 │   

7.医用级气与工业用氧相比，有何特殊要求?

答:医用氧气作为xx用品.被病人直接吸入体内。除了氧气纯度外，还需符合卫生要求。《中华人民共和国药典》规定医用氧含量(体积分数)不低于99%，还要检查其酸碱度、一氧化碳、卤素含量是否在规定的范围内。GB8982-1998((医用氧气》规定的技术要求是含氧量(体积)不小于99. 5%，水分露点温度小于一43℃，二氧化碳含量、一氧化碳含量、气态酸性物质和碱性物质含量、臭氧及其它气态氧化剂含量应按规定的检验方法检验合格，无异味。因此，医用氧气与工收氧气应分别灌装，应有专门的灌装线和专用瓶库。氧气的压缩{zh0}采用液氧内压缩气化流程，以免在压缩过程中受到污染和增加水分。或者采用膜压缩机进行压缩。整个生产过程应经过卫生部门的检验和认同。

8.氮气有什么用途，制氧机能同时生产多少纯氮产品?

答:氮的化学性质不活泼，在平常的状态下有很大的惰性，不容易与其他物质发生化学反应。囚此，氮在冶金工业、电子上业、化学工业中广泛地用来作为保护气体。例如冷轧、镀锌、镀铬、热处理、连铸用的保护气;作为高炉炉顶转炉烟罩的密封气，以防可燃气体泄漏，以及干熄焦装置中焦炭的冷却气体等。一般的保护气要求的氮纯度为99.99%，有的要求氮纯度在99.999%以上

液氮是一种较方便的冷源。在食品工业、医疗事业、畜牧业以及科学研究等方面得到越来越广泛的应用。

在化肥工业中生产合成氨时，合成氨的原料气一氢、氮混合气若用纯液氮洗涤精制，可得到杂质含量极微的纯净气体，而空分装置可以提供洗涤所需的纯氮。

在空气中氮占了花78.03%，在采用空气分离的方法制取氧时，同时可获得氮产品.但是，由于空气中还有0.932 %的氩存在，如果只实现氧氮分离，则氩分别成了氧氮产品中的杂

质。如果要求的氮产量是氧产量4倍，则氮的纯度只能在99.5%。对于采用冻结法xx空气中的水分和CO2的全低压空分装置，由于要靠足够的返流气体将冻结的水分和CO2带出装置之外，所以纯氮(99.999%)产量只有氧产量的1.1倍。对于抽取氩馏分的分子筛净化空分流程，纯氮的产量不受上述限制。

9.我国对氮气产品的质量标准有何具体规定?

答:根据不同的用途，氮产品分为工业用气态氮、纯氮和高纯氮3种。

工业用气态氮一般作为保护气用，技术指标按GB3864一83规定，如表3所示。

                        表3工业用气态氮技术指标

 I类    氮含量〔体积分数)/% ≥99.5  氧含量〔体积分数)/% ≤0.5  露点/℃    《 -43

Ⅱ类I级    氮含量〔体积分数)/%  ≥99.5  氧含量〔体积分数)/% ≤0.5 

每瓶游离水/mL(≤)  100

Ⅱ类Ⅱ级   氮含量〔体积分数)/%  ≥98.5  氧含量〔体积分数)/% ≤1.5

每瓶游离水/mL(≤)  100

纯氮用于化工、冶金、电子等行业的置换气或保护气，技术要求按GB8979一88规定;高纯氮主要用于电子行业或制备标准混合气等，技术要求按GB8980一88规定。具体指标见表4所示

表4纯氮及高纯氮的技术要求

纯氮 优级   纯度/%  ≥99.996  氧含量/x10-6 ≤ 10  氢含量/x10-6 ≤5 

CO含量/x10-6 ≤5   CO2含量/x10-6 ≤5  CH4含量/x10-6 ≤5

水含量/x10-6 ≤5

纯氮 一级   纯度/%  ≥99.99    氧含量/x10-6 ≤ 50  氢含量/x10-6 ≤10

            CO含量/x10-6 ≤5   CO2含量/x10-6 ≤10  CH4含量/x10-6 ≤5

            水含量/x10-6 ≤20

高纯氮 优级  纯度/%  ≥99.9996  氧含量/x10-6 ≤1  氢含量/x10-6 ≤0.5

            CO，CO2，CH4含量/x10-6 ≤1  水含量/x10-6 ≤1

高纯氮 一级  纯度/%  ≥99.9993  氧含量/x10-6 ≤2  氢含量/x10-6 ≤1

            CO，CO2，CH4含量/x10-6 ≤2   水含量/x10-6 ≤2.6

高纯氮 二级  纯度/%  ≥99.999  氧含量/x10-6 ≤3  氢含量/x10-6 ≤1

             CO，CO2，CH4含量/x10-6 ≤3  水含量/x10-6 ≤5

注:l.表中的纯度中包含微量惰性气体氦、氢、氖

    2.液态氮不规定含水量。

10.氩气有什么用途，制级机能提取多少氩产品?

    答:氢是目前工业上应用很广的稀有气体。它的性质十分不活泼，既不能燃烧，也不助燃。在飞机制造、造船、原子能工业和机械工业部门，对特殊金属，例如铝、镁、铜及其合金和不锈钢在焊接时，往往用赢作为焊接保护气，防止焊接件被空气氧化或氮化。

   在金属冶炼方面，氧、氢吹炼是生产优质钢的重要措施，每炼It钢的氩气消耗量为1 ~3m3 。此外，对锆、钛，锗等特殊金属的冶炼，以及电子工业中也需要用氩作保护气。

    在空气中含有的0. 932%的氩，沸点在氧、氮之间，在空分装置上塔的中部含量{zg}，叫氩馏分。在分离氧、氮的同时，将氩馏分抽出，进一步分离提纯，也可得到氩副产品。对全低压空分装置，一般可将加工空气中30%~35%的氩作为产品获得（{zx1}流程已可将氩的提取率提高到80%以上）;对中压空分装置，由于膨胀空气进下塔，不影响上塔的精馏过程，氩的提取率可达60%左右。但是，小型空分装置总的加工空气量少，所能生产的氩气量有限，是否需要配置提氢装置，要视具体情况确定。

11．空气中含有哪些稀有气体，它们有何用途?

  答:空气中除氧、氮、氢外，还含有极少量的氖、氦，氪、氙等稀有气体。按体积分数计，氖约占15X10-6~18X10-6,氦占4.6X10-6~5.3X10-6，氖只有1. 08 X 10 -6,氙占0.08X10-6，俗称“黄金气体”由于它们的含量很少，提取的工艺复杂，只有在容量大l0000m3/h的制氧机上才能考虑是否配置提取装置。

  氖、氦的液化温度很低，在常压下氖的液化温度为27. 26K,氦为4. 21 K a氖具有很大的惰性，液氖作为低温实验室的冷却剂十分安全。在液氦温度下,导体将失去电阻，电流通过时无损失，形成“超导电性”，可制成超导电机。因此，随着超低温技术的发展，液氦将起到越来越重要的作用。

  氦具有很大的惰性，在冶炼特种稀有金属钛、锆以及半导体硅、锗等时，要用氦作保护气。对熔点高、厚度大的高级合金的焊接与切割.也需要用氦气保护。

  氦具有强烈的扩散性，渗透能力特别强。因此，对要求特别严格的压力容器和真空系统，氦是{zh0}的检漏指示剂。此外，氦是超低温制冷机的{zj0}制冷工质。氦液化器、氦制冷机可以获得接近{jd1}零度的低温。用液氦操作的泵，可以达到电子工业中需要的133. 32×10-9Pa的高真空度和在宇宙空间研究中需要的133.32X 10 -10~133. 32X 10-12Pa超真空度。

  在原子物理方面。氦的原子核被作为a粒子。在原子工业中，普遍应用氦气作为保护气。原子反应堆中氦不仅作为保护气，还可以作为冷却剂。因为氦的化学性质不活泼，对燃烧装置无腐蚀作用，能提高反应堆的温度和效率。由于氦气本身的热导率高，冷却效果好。

 在医疗方面,1:4的氧和氦的混合气能很快浸透肺部，加速氧和二氧化碳的交换，可以洽疗气喘、气管、喉部疾病，以及潜水病等。

 在潜水作业中，若用普通空气，在深度50m以下，溶解在血液中的氮会引起xx，潜水员有生命危险。所以，潜水员在深水作业时，不能用纯氧，而需要用氧、氦混合气代替空气.供潜水员呼吸，可以保证200m深水作业的安全。因此，氦气的消耗量很大。

 由于氦气比氢气安全，可以用氦气代替氢气充填飞船、气象气球等。氦气还可以作为色谱和载气。

  随着宇宙空间技术、激光技术和红外线探测技术的发展，氦还有着广泛的用途。

  氖气充填在灯泡中呈红色，长期被用来充填氖信号装置及各种放电管，还广泛用于激光技术、红外线检测等方面.

  氖气的气化潜热比氦气大40倍。因而可以作为超低温的制冷剂.其{zd1}温度为

-245.9℃。氖、氦气还可用于多孔物质的真密度和表面积的测量。

  氪、氙主要用于电光源方面。氪、氙，氩混合气充装的灯泡体积小、寿命长、效率高。一般比白炽灯的效率高4~5倍，寿命可增加2~3倍。闪光灯、频闪观测器等都应用氪、氙气。由于氙灯的放电强度超过太阳光的放电强度，所以用氙气充填的长弧氩灯，俗称“小太阳”，其穿雾能力极强。可用于机场、车站、码头等处的照明.也可以应用于战场上

  另外，氙气的分子量较大，有很强的xx作用，在医学上是理想的xx剂氙还具有不透过X射线的性质.被用于脑X光摄影的造影剂，也应用于遮蔽X射线。

12.如何从空气中提取氖、氦气?

 从空分装置中提取氖、氦的工序大体分3步{dy}步制取粗氖、氦气;第二步制取纯氖、

氦混合物;第三步氖、氦分离，而获得纯氖、纯氦产品。

 粗氖、氦气制备的目的是除掉原料中的氮，使之浓缩。由于氮与氖、氦的沸点相差很大，约为50K以上，故可采用分凝法分离在分凝器或辅塔中，用低压液氮作为冷源，使具有下塔压力的氖、氦原料气中的氮冷凝，得到含氖、氦约为1%~3%,其余为氮的粗氖、氦混合气，而后进入纯氖，氦气制备工序。有些工序粗氖、氦气要经过除氢和除氮两步。除氢用加氧催化法使氢生成水，再由干燥器吸附xx。其余的氮再用冷凝法或采用活性炭低温吸附xx。

 由于氖、氦的沸点相差约为23K ,听以，纯氖、氦混合气的分离可采用冷凝法分离。因氖的凝固温度为-248.7℃，还可以用凝固冻结法将气氮和固氖分离

13.如何从空气中提取氪、氙气?

答:因为氪、氙在空气中含量极微，氪的体积分数约为1 X 10-6 ,氙的体积分数约为0.08                                                                                                  ×10-6，所以提取氪、氙十分因难。氪、氙的提取需进行多次。

 由于氪.氙沸点高，它们在空分装置中总是混入氧中，所以应以氧产品为原料(含氪、氙只有0.1%~0.3%)，而后再制取粗氪(含氢和氨为40%~80%)，{zh1}进行氟、氛分离。贫氪和粗氪的分离过程主要是氧和氪,氙的分离。制取纯氪和纯氙可用氪氙的沸点差反复进行间歇精馏。

    空分塔提取氛,氖的方法基本上可分3种类型:

    1)以精馏为主的方法;

    2)以吸附为主的方法;

    3)用大型色谱法。

    最常用的为精馏法。在精馏法流程中设置三座氪塔.一氢塔精馏后，获得贫氪；二氪塔获得粗氪。在氪 ,氙的浓缩同时，其氧中所含的碳氢化合物也随之浓缩在贫氪或粗氪中，所以在一氪塔，二氪塔精馏之后，都要xx碳氢化合物。一般采用加热催化法，将贫氛或粗氪加压至0. 5MPa ,在500—550℃的条件下，在银、钻触媒接触炉中、使碳氢化合物与氧反应生成水和二氧化碳，而后采用分子筛吸附干燥水分和二氧化碳或用硅胶除水，用烧碱溶液吸附二氧化碳。

14.氧气站对周围的空气有什么要求?

答:为了保证氧气生产的安全，对空压机吸风口处空气中烃类的可燃杂质有一定限制。

根据GBI6912—1997《氧气及相关气体安全技术规程》的规定，其杂质含量应低子表5规定的允许极限含量

                        表5吸风口处空气中烃类等杂质的允许极限含量

  乙炔                空分塔内具有液空吸附净化装置  0.5/mg.m-3

                      空分塔内具有分子筛吸附净化装置    5/mg.m-3

  炔的衍生物          空分塔内具有液空吸附净化装置  0.01/mg.m-3

                                          空分塔内具有分子筛吸附净化装置    0.5/mg.m-3

   C5、C6饱和与不饱和烃类杂质总计        空分塔内具有液空吸附净化装置  0.05/mg.m-

空分塔内具有分子筛吸附净化装置  2/mg.m-3

C3、C4饱和与不饱和烃类杂质总计    空分塔内具有液空吸附净化装置  0.3/mg.m-3

                                                                空分塔内具有分子筛吸附净化装置    2/mg.m-3

    C2饱和与不饱和烃类杂质总计      空分塔内具有液空吸附净化装置  10/mg.m-3

                                                                空分塔内具有分子筛吸附净化装置   10/mg.m-3

     碳化碳（CS2）  空分塔具有液空吸附净化，具有分子筛吸附净化装置   0.03/mg.m-3

   氧化氮（NO）  空分塔具有液空吸附净化，具有分子筛吸附净化装置   1.25/mg.m-3

   臭氧（O3）    空分塔具有液空吸附净化，具有分子筛吸附净化装置   0.215/mg.m-3

25.空分设备对冷却水水质有什么要求?

  答:空分设备一般用江河湖泊或地下水作为冷却水。这种水中通常都含有悬浮物(泥沙及其他污物)以及钙、镁等重碳酸盐[Ca (HCO3 )2和Mg (HCO3)2],称为硬水悬浮物较多时，易堵塞冷却器的通道、过滤网及阀门等。钙、镁等重碳酸盐在水温升高时易生成碳酸钙CaCO3.碳酸镁MgCO3沉淀物，即形成一般所说的水垢。一般水温在45℃以上就要开始形成水垢，水温越高越易结垢，水垢附着在冷却器的管壁、氮水预冷器的填料、喷头或筛孔等处。不仅影响换热，降低冷却效果，而且有碍冷却水或空气的流通，严重时会造成设备故障，

 例如氮水预冷器带水，使蓄冷器〔或切换式换热器)冻结。水垢比较坚硬，附在器壁上不易xx。因此，冷却水{zh0}是经过软化处理。采用磁水器进行软化处理较为简便，效果尚可。xx悬浮物应设置沉淀池。如果冷却水循环使用，有利于水质的软化，但占地面积较多，基建投资较大。

  对压缩机冷却水，温度一般要求不高于28 ℃，排水温度小于40 ℃。对水质要求为:

        pH值                    6.5一8

        悬浮物含量               不大于50mg/L

        暂时硬度                 不大于17°dH.

        含油量                   小于5mg/L

        氯离子(Cl-)〔质量分数〕   小于50 X 10-6

        硫酸根(SO4-2)〔质量分数)   小于50X 10-6

 氮水预冷系统供排水为独立循环系统，因为冷却水在塔内温升大，排水温度高，结垢严重，所以要求该系统的补充水尽可能采用低硬度水或软水，其暂时硬度一般应小于8. 5°dH,其他要求与压缩机冷却水相同.充瓶用高压氧压机气缸的润滑水，应采用蒸馏水或软水。16。氧化亚氮对空分设备有何危害?

 答:氧化亚氮的分子式为N2O，也叫一氧化二氮，俗称“笑气”大气中的氧化亚氮浓度约为3X10-9。随着生态环境的恶化，它的含量以每年0. 2%~0. 3%的速度增加。

  土壤微生物在土壤及海洋中的氧化和脱氮活动生成的氧化亚氮占大气中氧化亚氮含量的1/3，另外2/3是人为生成的。例如:矿物燃料、生物体、废弃物的燃烧、污水处理、发酵源、汽车废气等都会导致从N2O的生成。在N2O生成源附近，大气中N2O的含量可达到3X10-6以上。虽然N2O的化学性质不活泼，既不会产生腐蚀，也不会发生爆炸，但是它的物理性质对空气分离具有危害。它的临界温度为309. 7K,临界压力为7. 27MPa，其三相点是182. 3K , 0. 088MPa。在空气分离装置的压力和温度的条件下，它具有升华性质。在常压下，其沸点为185K，比N2, O2,Ar的沸点都高，因而，在氧、氮分离过程中，它将浓缩于液氧中。

 N2O在水中的溶解度很小，N2O随加工空气经过空气过滤器、压缩机、冷却器、水分离器后不能将其分离、除去。大部分N2O都会带入分子筛纯化器，分子筛对N2O的吸附能力小于对CO2的吸附能力。N2O先穿透吸附床层而进人精馏塔，而且在分子筛对H2O,CO2,

C2H2等碳氢化合物的共吸附过程中， CO2能够将分于筛已吸附的N2O分子置换出来.所以，分子筛也不能xxN2O.在主换热器中，加工空气被冷却到接近液化温度，N2O首先冷凝成固体，会造成空气通道阻塞。在加工空气压力为0. 6MPa , N2O含量为1X10-6时，N2O的凝结析出温度为113K。

 在精馏塔中，因为N2O相对N2, O2,Ar组分为高沸点组分，故它将溶解在液氧中，致使在上塔底无法获得高纯度的液氧和气氧产品。据测定，氧产品纯度为99.5%时，N2O的平均平均储量为1.4×10-6。并且，在液氧排放不充分时，N2O在液氧中不断积累，当液氧中的N2O含量大于50×10-6时，就会呈固态析出，阻塞主冷凝蒸发器通道。

  在稀有气体氪、氙的生产中，随着氪、氙的浓缩，N2O也浓缩。N2O的含量可达100×10-6~150×10-6。N2O本身不然烧，但可以热分解。这将影响对粗氪、氙中CH4的催化然烧的xx以及利用分子筛对生成的水和二氧化碳的吸附。

  由于环境的问题，空气中的N2O的浓度不断增加。况且电子等行业对氧产品的纯度要求越来越高（99.99%~ 99. 9999 % ),因此，对加工空气中的N2O的xx比过去更重要。较好的xx方法是寻找合适的分子筛，在分子筛纯化器中将加工空气中的H2O，CO2,C2H2, N2O共吸附而xx。

17.制氧机的电耗指标表示什么意思?

  答:氧气站的主要产品是氧气，消耗的能源主要是电能。因此，制氧机的能耗指标通常用生产1m3氧气(标准状态)所消耗的电能KW· h来衡量，即KW· h/m3。

  电耗指标不是按额定的产量和电动机的功率来计算。而是根据实际的产量和电耗来确定。电机功率的单位是kW，表示每秒能做1kJ的功;电能的单位是kW · h，是功的单位，1kW · h=36ookJ。但是，5000kW的电机每小时不一定就消耗5000kW ·h的电能，须用由电度表测量、累计。因此，能耗指标可以根据统计期的总电耗和氧气总产量来计算。

  由于氧压机也要消耗相当大的电能，并且，不同的装置压氧的压力也有很大差别，因此，能耗指标分为不包括压氧能耗和包括压氧能耗两种：

    1)制氧电耗:包括空压机电耗Wk(kW·h),制冷机电耗Wl,以及用于空分生产的水泵、

电加热器等其他电耗∑Wq之和。制氧单位电耗Wo2(kW·h/m3)为

                   Wo2＝ （Wk＋Wl＋∑Wq）/Vo

式中Vo──统计期内氧产量，m3

    2)压送氧电耗:包括氧压机压送氧的电耗Wyo(KW· h)和液氧泵压送氧的电耗Wyb之和。压氧单位电耗Wy(KW·h/m3)为

Wy＝(Wyo＋Wyb) / ( Vyo十Vyb)

式中Vyo ── 统计期的气氧压送量.m3:

      Vyb ───  统计期的液氧压送量，气化量.m'o

    3)氧气综合电耗：包括制氧和压氧在内的生产单位氧的电耗。通常将压送氮气及其他与制氧生产无关的电耗扣除后除以氧气总产量来计算。

18．制氧厂的综合能耗指标表示什么意思?

    答:氧气厂〔站)除消耗电力外，还要消耗蒸汽、水等其他能源物质。生产单位产品（1m3氧气)对蒸气或水(工业水、软化水等)的消耗是对某种能源物质的实物单耗(t/m3)。

    在计算氧气厂的综合耗能量时，需要把在统计期内消耗的所有能源物质的实物量乘以该种能源的等价折算系数，统一折算成标煤量(kg)或能量单位(kj)后.然后才能累加起来，成为该统计期氧气厂的总综合耗能量E。即

                                n

                       Е   ＝ ∑  ζi Gi

                               i=1

式中Gi一一第i种能源物质的实物消耗量.t(或kW·h);

     ζi一第i种能源物质的等价折算系数Kj/t(或kJ/kW·h)，或标准煤kg/t(或kg/kW·h)。

   当氧气厂同时十产氧气、氮气、氦气等多种产品时，需将总耗能量按规定的比例分摊给每一种产品。汁算出侨种产品的单位能耗ei即

                  E=∑Ei=∑eiVi   

式中Ei--分摊给各产品的耗能量；

   Vi--各产品的产量。

19.什么叫氧气放散率，如何计算?

 答:氧气放散率是指制氧机生产的氧（气态与液态)产品中有多少未被利用而放空的比例。放散率ψfs可按扣除利用的部分来计算。即

ψfs=1-( v′qo + v′yo +v′c)/( vqo+vyo)

式中Vqo、Vyo--生产的气氧和液氧总量；

    V′qo、V′yo--送出的气氧和液氧总量；

    V′c--储存的产品增量。

   氧气放散率是反映设备配套适应能力和生产组织水平的重要指标。氧气放散率越高，能源浪费越大，综合运行经济效益越差，所以必须通过各种手段降低氧气放散率。

20.什么叫级的提取率?

    答：在采用空气分离法制取氧气时，总是希望将加工空气中的氧尽可能多地作为产品分离出来。为了评价分离的完善程度，引入氧提取率这一概念。

氧提取率以产品氧中的总氧量与进塔加工空气中的总氧量之比来表示。即

ψ=Vo2·yo2/( Vk·yk)

式中ψ--氧的提取率；

Vo2、Vk--氧气产量和加工空气量，m3/h；

yo2、yk--产品氧和空气中所含氧的体积分数。

从上式可以看出：对于一定的地点，空气中的含氧量基本不变。当进塔空气量和产品氧纯度一定时，氧提取率的高低取决于氧产量的多少。而氧产量的多少，对于全低压制氧机在进气量一定的条件下，主要决定于污氮中含氧的高低。现以3200m3/h空分装置为例，当进塔空气为18100m3/h，污气氮量为加工空气量的60.2%，污氮中氧的体积分数为5.5%时，氧产量是3200m3/h，氧纯度是99.6%。由此可以算出，此时氧提取率为

    ψ=3200×99.6/(18100×20.9)=0.842，即84.2%

    同时可以算出随污氮跑掉的氧气量为18100(m3/h)×60.2/%×5.5%=599.2m3/h。如果污氮中含氧增大至7.5%，则随污氮跑掉的氧气量为：

    18100(m3/h)×60.2%×7.5%=817.2m3/h

    由此可见，氧气产量将减少(817.2-599.2)m3/h=218m3/h，即氧产量为(3200-218)m3/h=2982m3/h。此时氧提取率为    ψ=2982×99.6/(18100×20.9)=0.718=71.8%。

    所以，应该努力降低污氮中的含氧量，这样可以多产氧，提高氧的提取率。

    全低压的精馏塔的氧提取率以前只有80%～85%，现在已提高到90%～95%，{zxj}的甚至可达99%左右。

21.空分设备制氧的单位电耗与哪些因素有关?

   答：制氧的单位电耗W02(kW·h/m3)是氧气生产的重要经济指标之一。在电耗中，空压机的电耗占了最主要的部分。它的电耗(kw·h/h)与压力比有关，计算公式为

W=ρvk R′Tln(p2/p1)/(3600ηTηM)

式中ρ--标准状态下空气密度，ρ=1.293kg/m3；

    Vk--空压机的排气量，m3/h；

    R′--气体常数，R′=0.278kJ/(kg·K)；

    T--环境温度，K；

    P2--排气压力，MPa；

    P1--进气压力，MPa；

    ηT--空压机的等温效率；

    ηM-空压机的机械效率。

因此，制氧时消耗于压缩空气的单位电耗e02(kW·h/m3)为

e02= vkρ R′Tln(p2/p1)/( Vo23600ηTηM)

式中Vo2——氧气产量，m3/h。

而氧的提取率(见20题)为

ψ=Vo2·yo2/( Vk·yk)

所以

e02= yo2ρ R′Tln(p2/p1)/( ψyk 3600ηTηM)

由此可见，制氧的单位电耗大致与压力比的对数及氧气纯度成正比；与氧的提取率及压缩机的效率成反比。因此，在操作时，应尽可能降低工作压力；对压缩机进行充分冷却，以提高压缩机的等温效率；尽可能地提高氧的提取率；在保证产品质量的前提下，不要过高追求产品纯度，以利于降低单位电耗。