空气分离设备技术进展分析

雒侃

浙江石油化工有限公司 浙江舟山 316200

摘要：空气分离设备能够将空气中各个组分进行有效分离，在当前工业生产、科技研发等诸多专业领域中都具有广泛的应用。而随着我国科技技术水平的不断进步与发展，空气分离设备在能量消耗、运行效率、使用安全等方面都具有明显的提升。本文先对空气分离设备的原理以及技术方式进行论述，之后对其结构分析，探讨其技术进展，以供参考。

关键词：空气分离设备；技术进展；趋势

引言：其实在19世纪末，空气仍被称为“永久气体”，后来人们发现在深低温下空气也能液化，并因氧、氮沸点不同，可以从液化空气中分离出氧气和氮气，这也是空气分离设备技术的最初阶段。而在科技技术发展的推动下，空气分离设备也实现了大型化发展，并采用了透平压缩机、透平膨胀机、板翅式换热器、微型计算机和分子筛吸附器等设备，设备技术水平得以进一步提升。就当前来看，膜分离、变压吸附等新型空气分离技术得以广泛应用，而在未来，相信会在科技进度的带动下得以进一步发展。

一、空气分离设备原理以及技术方式

（一）空气分离设备原理

空气分离设备的工作原理主要是通过物理方法将空气中的不同成分分离开来，通过压力摩擦、吸附和冷却等过程来进行各个组分的分离。具体来说，空气首先会被引入分离设备中并经过冷却处理，让其温度能够接近冷凝点。之后还应当通过调节压力，使空气通过吸附层，选择性地吸附空气中水分、二氧化碳等组分，得到处理后的干燥空气，而干燥空气进入分离层，根据不同的沸点和凝点，进而实现氮气和氧气的分离。空气净化也是空气分离设备的重要环节，一般来说，在设备内部会设置过滤层以及反洗装置，将空气中的杂质、微生物、尘埃等进行有效去除，以保障后续环节的正常操作。最后是产品输出环节，指的是将经过分离与提纯的空气组分进行收集与输出的过程，需要根据产品特点以及市场需求，选择出合理的输出方式，控制好产品纯度与质量，确保设备运行稳定。

（二）空气分离技术方式

目前来看，空气分离技术方式较为多样，主要包括深度冷冻、变压吸附、膜分离这三方面。其中，深度冷冻是空气分离最常用的方法，利用气体液化和分馏原理，将空气压缩和预冷后在极低温度下进行分馏，从而分离出不同的气体成分。该方法可以制得高纯度的氧气、氮气和稀有气体，能够应用于大规模工业生产；变压吸附则是利用分子筛对不同气体的吸附力差异来实现分离的，而吸附剂可以实现选择性地吸附混合气体中的某些组分，从而实现不同组分的分离；膜分离技术则是利用有陶瓷膜和有机膜等材料的选择透过性，使空气中的不同成分通过膜的速率不同，实现有效分离。

二、空气分离设备的结构与性能指标

（一）设备结构

空气分离设备的核心就在于精馏塔，而精馏塔则可以进一步细分为下塔、上塔、冷凝蒸发器等部分。其中，上塔和下塔是空气分离设备的主要部分，用于进行空气的精馏分离。上塔底部得到高纯度氧气，并经过换热器，与空气进行热交换，直至升温到大气温度后排出塔外。在上塔顶部获得高纯度氮气，在上塔中部得到污氮，通过换热器复热到大气温度后进行排出。在下塔初步精馏，会在底部得到液化空气，顶部则会得到纯液氮，在中部获得污液氮。而冷凝蒸发器则可以视为上下塔连接的纽带，通常来说为板翅式换热器，对于下塔而言可以当做冷凝器，其顶部的氮气会经过冷凝蒸发器作为下塔回流液体，而在上塔中则可以视为蒸发器，上塔的液氧会在蒸发后，成为上塔的上升蒸汽。

此外，空气分离设备的结构还包括容器、管道、阀门等组成部分。根据不同的设备类型和工作压力，其结构特点和应用场景也会有所不同。

（二）性能指标

一般来说，空气分离设备的性能指标主要包括产气量、纯度、能耗等方面，是衡量设备运行效果的重要依据。产气量指的是空气分离设备在单位时间内产生的气体体积或液体的质量，其数值大小直接影响到设备的生产能力和效率；纯度则是指分离出来的气体或液体的纯净程度，通常以体积百分比或质量百分比来进行表示，其纯度越高，分离效果越好，产品的质量和应用价值也就越有保障。能耗则指空气分离设备的能量消耗情况，一般会以单位产气量的能耗表示，能耗越低，就代表设备的能源使用效率越高，运行成本也就越低，也能够在一定程度上证明设备的维保情况与使用寿命。

三、空气分离设备技术发展趋势

（一）大型化

随着工业生产规模的扩大，用气量也在随之而不断增加，例如氮气、氧气等，都是当前工业生产中的关键原材料。而在这一背景下，空气分离设备也在不断向大型化发展，在保障生产效益与安全的情况下，有效降低单位产品的能耗和投资成本，提高设备的稳定性和可靠性，同时也有利于提高企业的生产效率和经济效益。

（二）高效化

高效化同样也是是空气分离设备技术发展的重要趋势。通过改进设备结构和操作方法，提高设备的分离效率和产气量，降低能耗和物耗，可以提高设备的经济效益和环境效益。力图多组组分分离技术，正式当前我国空气分离设备未来的重要研究方向，指的是能够将空气中的多个组分进行同时分离与提纯，获得多项高纯度的产品，从而有效提升设备分离效率，保障整体生产能力与效益，同时也能够有效降低设备投资与生产操作成本。

（三）智能化

智能化是当今社会各行各业的重要发展趋势，对于空气分离设备技术发展而言，同样也具有重大意义。随着自动化控制技术的发展，空气分离设备可以实现对工艺过程的实时监测和控制，自动调整设备运行参数，提高设备的稳定性和可靠性。同时，通过智能化技术可以实现设备的远程监控和维护，对设备结构以及操作参数进行有效优化，推动新型空气分离技术的开发与应用，进一步提升设备运行稳定性与可靠性，最大程度地避免设备故障问题。

（四）绿色化

随着我国环保意识的不断提升，针对于空气分离设备与技术的环保性能也得到了越来越多的重视，也在不断向绿色环保方向发展。目前来看，环保型的工艺和设备已经在空气分离生产流程中得到了一定程度的应用，在保障整体生产产能的基础上，有效降低设备的能耗和排放，减少对环境的负面影响，是空气分离设备技术发展的重要趋势。

（五）功能化

多功能化是空气分离设备技术发展的另一个趋势。通过在设备中集成多种功能，如除尘、脱硫、脱硝等，可以提高设备的综合利用价值和环保性能，并满足不同生产的需求。目前来看，深度冷冻、吸附、膜分离等多种生产工艺技术得以集成在同一设备之中，实现对气体的多样化分离，大大提升设备操作的灵活性。同时也能够利用一体化设计方式，将空气分离设备与其他工业设备进行集成，形成一个完整的生产线，这种设计方式不仅可以提高设备的整体性能和效率，降低能耗和排放，同时也便于日常的管理和维护工作。

四、结语

综上所述，空气分离设备是工业生产以及科技研究等各个专业方面的重要设备，其技术发展一直以来都深受关注。当前来看，该设备技术在上百年发展的过程中不断积累了诸多实践经验，其基本原理、结构性能已经得以明确，尤其是在当前自动化智能技术的推动下，已经形成了完整的技术体系，大大提升了整体生产效益。而在未来，空气分离设备技术也会朝向大型化、高效化、智能化、绿色化、功能化等方向不断发展，相关部门应当加强技术研究力度，分析行业发展方向，进一步扩大空气分离设备技术的应用领域，发挥出更大的积极效益，以促进该专业领域的持续发展。

参考文献

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