空分设备中空气是如何被液化的？
空分设备中空气是如何被液化的？
空气分离设备（简称空分设备）是现代工业中至关重要的设备之一，广泛应用于化工、冶金、电子等领域。空气液化是空分设备中的关键步骤，通过将空气冷却至极低温度，使其转化为液态。本文将详细介绍空气在空分设备中被液化的过程。
空气液化的基本原理
空气液化的基本原理是利用空气中的各组分在不同温度和压力下的液化特性。空气主要由氮气、氧气和氩气组成，其中氮气约占78%，氧气约占21%，其余为氩气和其他稀有气体。不同气体在特定的温度和压力下会发生液化，这些条件被称为沸点和临界压力。通过降低温度和增加压力，空气中的各组分可以依次液化并分离出来。
预处理过程
在空气进入空分设备之前，首先需要进行预处理。预处理的目的是去除空气中的水分、二氧化碳和其他杂质，以防止这些杂质在低温下结冰或形成固体，堵塞设备。预处理通常包括过滤、干燥和吸附等步骤。过滤器可以去除颗粒物，干燥器使用吸附剂去除水分，而吸附塔则用于去除二氧化碳和其他杂质。
空气压缩
预处理后的空气被送入压缩机进行压缩。压缩的目的是提高空气的压力，使其在后续的冷却过程中能够更有效地液化。压缩过程通常分为多级，每一级压缩后，空气通过中间冷却器进行冷却，以降低压缩过程中的温升，增加压缩效率。经过多级压缩后，空气的压力可以达到数十个大气压。
冷却与膨胀
压缩后的高压空气进入主冷却器，利用逆流换热器进行冷却。在这个过程中，低温的液态气体从空分塔底部流出，与高压空气进行热交换，使高压空气逐渐冷却。当空气被冷却到接近液化温度时，进入膨胀机进行膨胀。膨胀过程中，空气的压力急剧下降，温度也随之降低，最终达到液化温度。膨胀机的设计和操作直接影响到液化效率和产品纯度。
分离与液化
经过膨胀的空气进入空分塔进行分离和液化。空分塔内部分为上塔和下塔，通过精馏塔的不同温度区域，空气中的各组分依次液化并被分离。下塔主要用于粗分离，其中氮气在顶部气相排出，氧气和氩气则在中部和底部以液态形式收集。上塔进行精细分离，进一步提纯氮气、氧气和氩气。通过多次精馏和冷凝，最终得到高纯度的液态氮、液态氧和液态氩。
储存与运输
液化后的气体通过冷却管道被输送到储罐中。储罐通常采用双层保温设计，以减少液态气体的蒸发损失。储罐内保持低温低压环境，确保液态气体的稳定存储。液态气体可以通过专用的低温槽车或低温管道进行运输，供给各类工业用户。
空气液化是空分设备中的核心过程，通过一系列复杂的预处理、压缩、冷却、膨胀和精馏步骤，将空气中的各组分成功液化并分离。理解和掌握空气液化的原理和过程，对提高空分设备的效率和产品纯度具有重要意义。未来，随着技术的不断进步，空分设备将更加高效、节能，为各行各业提供更加稳定可靠的气体供应。