氩气纯化装置(空分装置降温原理)

Posted 2023-05-30

篇首语：学之广在于不倦，不倦在于固志。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了氩气纯化装置(空分装置降温原理)相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

氩气纯化装置(空分装置降温原理)

这几天天气冷，确实也懒得更新，今天下班早，就跟大家分享一下空分装置的降温原理吧，保证让你长知识

一、水冷塔降温原理

水冷塔顾名思义就是给水降温的，25℃的循环水从塔顶部进入，通过塔上部水分布器将水分散，从塔顶顺着塔内部填料往下流，36℃的污氮气(理解为纯度不高的氮气，一般纯度在97%以上)从塔下部进入，污氮气在塔内从下往上走，与下流的循环水直接接触，从而给水降温，水冷塔底部水温大概在14℃左右。内部填料的作用其实也就是把水分散，不要形成一股，以此增大水与污氮气的接触面积。细心的朋友可能看出问题来了，循环水25℃，污氮气36℃，这两种介质接触，怎么就把循环水降温到14℃了呢？其实原料空气在进入深冷空分装置纯化系统时，就已经把空气里面的水吸附去除了，要不然空气进入主换热器降温到零下一百多度，早就结冰堵塞换热器了。而污氮气是从分馏塔里面返回来的气体，所以也是干燥(不饱和)的气体，而干燥的气体遇到水，就会大量吸水，把水冷塔内下流的液态水直接吸走，水从液态变为气态，是需要吸收热量的，而循环水的热量被吸走后，水温自然下降。因此，真正把25℃循环水温降到14℃的，不是污氮气，而是汽化的水。

二、透平膨胀机降温原理

膨胀机是深冷空分装置降温的核心设备，空气在常压下液化温度为零下191.3℃到零下194.3℃之间，氮气液化温度为零下195.8℃，氧气液化温度为零下183℃。氩气为零下185.9℃，由此可见，要让空气液化，难度相当大，即便是用膨胀机，也只能将20℃的空气降温至零下60℃左右，因此一般膨胀机入口的空气，都需要先降温至零下115℃左右，才能实现将膨胀机出口的温度降至零下175℃左右。那么膨胀机的降温原理是什么呢？学过能量守恒的朋友可能理解起来更容易一些，首先将空气进行增压，空气压力升高，温度会上升，利用换热器，将空气温度降下来，增压空气经过膨胀机碰嘴，将压力降下来，增压空气经过膨胀机喷嘴后，吹动膨胀机叶轮旋转，原理和纸风车一样，你一吹，它就转。膨胀机叶轮获得的动能，通过轴传输到另一端，另一端可以加一台增压机，来消耗这部分动能。由能量守恒定律公式PV/T＝常量(表示总能量不发生变化)，压力P减小，体积增大，压力降低的倍数是超过体积增大的倍数的。因此，温度T也跟着降低，从而实现降温。其实这个解释不太好理解，简单理解就是气体压缩，压力升高，温度也会跟着升高，那么反过来，气体压力降低，温度也会跟着降低，假设空气温度为20℃，我把它的压力升高到1公斤，它的温度变为40℃(这里是假设，没有理论依据)，我再用水把它降温到20℃，然后再把它的压力降回原来的压力，那么它的温度将会比原来低很多很多，这也是冰箱降温原理，只是水冷换成风冷。

三、节流阀降温原理

要实现空气液化，节流阀才是关键，即使是膨胀机，也无法将空气直接降到液化温度，最主要的原因是空气一旦在膨胀机里面液化，液化的液滴必然打坏旋转的叶轮，膨胀机叶轮的转速是非常高的，平均一秒钟几百转。所以这里就必须要有节流阀来降温，节流阀的原理其实也是利用气体体积膨胀原理，阀门入口管子管径很小，出口管径扩大，气体压力减小，体积增大，以此来实现降温，当阀门进口气体温度已经接近液化温度，那么经过节流阀降温，经过阀门的气体就已经开始液化，气体液化，体积缩小，又会导致阀门两侧压差增大，降温效果会增加。节流阀在深冷空分装置中很常见，降温幅度不是很大，一般就十多度。