空氣分離air separation
氧氣、氮?dú)饧皻鍤?、氦氣等稀有氣體用途很廣，所以空氣分離裝置廣泛用于冶金、化工、石油、機(jī)械、采礦、食品、軍事等工業(yè)部門。
沿革 1895年，德國人C.林德研究成功了一次節(jié)流循環(huán)液化空氣的方法，這是最簡單的深度冷凍循環(huán)。它采用節(jié)流膨脹和逆流換熱，稱為林德循環(huán)。1902年，德國林德公司制成了第一套林德循環(huán)單級精餾工業(yè)裝置。同年，法國人G.克勞德研究成功了帶往復(fù)式膨脹機(jī)的中壓冷凍循環(huán)液化空氣的方法，可減少冷凍消耗，稱為克勞德循環(huán)。1939年，蘇聯(lián)人∏.Л.卡皮查將離心式膨脹機(jī)用于低壓空分裝置，稱為卡皮查循環(huán)，使能耗進(jìn)一步下降。目前，各國都趨向發(fā)展大型化板翅式換熱器的全低壓空分裝置，使單機(jī)制氧能力不斷提高，能耗不斷降低。中國于1953年開始制造每小時生產(chǎn)30m3的制氧裝置，1958年制造了每小時生產(chǎn)3350m3的制氧成套設(shè)備，1970年設(shè)計了板翅式換熱器的大型全低壓空分裝置，每小時制氧能力為10000m3。（見彩圖）
制冷 為了使空氣液化，可采用不同的深度冷凍循環(huán)裝置，主要以林德循環(huán)和克勞德循環(huán)為基礎(chǔ)。前者是通過節(jié)流膨脹制冷;后者除仍有節(jié)流膨脹外，還有一部分氣體在膨脹機(jī)中作等熵膨脹。氣體進(jìn)行等熵膨脹時，溫度的降低要比節(jié)流膨脹大，而且能回收一部分壓縮功，所以比節(jié)流膨脹經(jīng)濟(jì)。其他各種改進(jìn)的深度冷凍循環(huán)，有雙壓節(jié)流循環(huán)、帶氨預(yù)冷節(jié)流循環(huán)、逐級重疊循環(huán)等。
在深度冷凍法的各種循環(huán)中，典型的流程（見圖）是先使空氣在過濾器中濾去塵埃等雜質(zhì)進(jìn)入壓縮機(jī)，再經(jīng)分子篩凈化器除去空氣中在低溫下易凝固氣體，如水蒸氣和二氧化碳等，已凈化的空氣在第一換熱器中由產(chǎn)品氮?dú)夂脱鯕饨禍?。出第一換熱器后，空氣分成兩路：一路經(jīng)第二換熱器繼續(xù)冷卻后，再經(jīng)節(jié)流閥降壓；另一路經(jīng)膨脹機(jī)降壓。兩路膨脹后的空氣溫度均降至103K左右，進(jìn)入雙級精餾塔的下塔底部。
由于氬的沸點(diǎn)介于氮、氧沸點(diǎn)之間，利用雙級精餾塔還不能同時得到純氮和純氧。若在上塔中部適當(dāng)部位抽出富氬氣體作為提氬原料，則產(chǎn)品氮、氧的濃度可提高。沸點(diǎn)較低的氖和氦氣積聚在液氮上面，可抽出作為提氖、氦的原料。沸點(diǎn)比較高的氪、氙則積累在上塔底部液態(tài)氧和氣體氧中，可抽出作為提氪、氙的原料。
分子篩吸附法 基于分子篩對氮和氧的不同吸附力，空氣通過分子篩床層后，吸附相和氣相中的組成將發(fā)生變化從而達(dá)到分離的目的，由于吸附相含氮量較高，故流出氣體中含氧量較高。吸附柱足夠長時，可制得一定純度的氧氣，分子篩可采用減壓脫附的方法再生。
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