空氣主要由78.03％的氮?dú)夂?0.93％的氧氣及其他氣體組成?？諝夥蛛x是首先將空氣冷卻到一定的低溫并將其液化為液態(tài)空氣。重復(fù)使用氧和氮沸點(diǎn)不同的兩種液體（在大氣壓下，氧的沸點(diǎn)為-183.98°C，而氮的沸點(diǎn)為-195.8°C），并在配有篩板的空氣分餾塔內(nèi)進(jìn)行分離?？諝夥蛛x塔也稱為精餾塔?？諝饩s塔通?？煞譃閱渭壘s塔和雙級精餾塔，而單級精餾塔只能生產(chǎn)一種純產(chǎn)物。常用的空氣分離裝置使用兩級精餾塔來生產(chǎn)高純度的氮?dú)夂脱鯕狻? 所謂的精餾是同時(shí)多次使用部分蒸發(fā)和部分冷凝的過程。經(jīng)過壓縮和冷卻的液態(tài)空氣進(jìn)入精餾塔后，塔中的氣化空氣從下到上穿過每個(gè)塔板，并與塔板上的液體接觸，因此氣體中的氧氣逐漸冷凝成液體。液體蒸發(fā)成氣體。每次通過塔板時(shí)，氣體中的氮濃度都會增加一次。這樣，它會穿過多個(gè)塔板（只要有足夠的塔板數(shù)量），它將位于塔架的上部。獲得純度為99.99％或更高的高純度氮?dú)?，并在塔的底部獲得具有更高氧氣純度（30-38％）的液體，這被稱為富氧空氣。富氧空氣通過精餾塔，在上塔的底部，可獲得純度為99.2-99.8％的氧氣。

一般情況下，活塞式氧壓機(jī)產(chǎn)生振動的主要原因?yàn)榻蛔冚d荷的作用。交變載荷分2種：一種是未被平衡的慣性力，另一種是因壓縮機(jī)供氣不連續(xù)，造成氣體管路強(qiáng)大的氣流壓力脈沖所引起的干擾力。 對于不平衡慣性力造成的振動，可以從機(jī)器本身的結(jié)構(gòu)上加以消除和減少。具體的方法有：合理地布置曲柄錯角；適當(dāng)選用往復(fù)運(yùn)動部件的質(zhì)量配置。另外在壓縮機(jī)的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)和制造過程中也應(yīng)嚴(yán)格遵照技術(shù)規(guī)范要求。 對于氣流壓力脈沖造成的振動，可以在氣缸排氣管接管附近加設(shè)緩沖器；在氣體流道上選擇合適的孔板安裝位置；設(shè)置減振器、合理布置管道和選擇管道支點(diǎn)，避免直角轉(zhuǎn)彎。

當(dāng)活塞式壓縮機(jī)的排氣溫度高于設(shè)計(jì)值時(shí)，較直接的影響是潤滑油被碳化，導(dǎo)致壓縮機(jī)因得不到良好的潤滑而造成部件燒壞。如果壓縮機(jī)在實(shí)際運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)了溫度偏高的現(xiàn)象，應(yīng)及時(shí)分析原因并采取對應(yīng)的防范措施。以下方法可以在實(shí)踐中用于參考。 1、降低進(jìn)氣溫度可以直接降低排氣溫度，對中間冷卻器進(jìn)行檢查，保證中間冷卻器的冷卻效果。 2、氣閥的安裝和彈簧的選擇應(yīng)規(guī)范，保障閥門正常工作，盡量減少進(jìn)排氣壓力損失。 3、強(qiáng)化氣缸的冷卻，保證壓縮過程指數(shù)正常。 4、內(nèi)漏是造成排氣溫度升高的主要原因。 5、對于多級壓縮機(jī)，造成排氣溫度高的原因往往不是單一的，在降低某一級排氣溫度的同時(shí)，往往會造成前一級的壓力比增大，排氣溫度上升，需采取綜合的方法，在加強(qiáng)級前冷卻的同時(shí)，又適當(dāng)增加該級余隙容積，使該級壓力比維持不變，保證在降低某級排氣溫度的同時(shí)，又不影響其前后級的排氣溫度。

此類故障包括閥門密封填料“跑冷”和凍結(jié)，閥門座和管道連接法蘭泄漏，以及灌錫螺紋兩端的閥門螺絲套筒泄漏。閥桿填料通常位于閥桿靠近冷箱壁的填料槽中。當(dāng)填料不均勻或不緊，以及閥桿不直或不圓時(shí)，低溫液體或氣體會沿著填料的間隙泄漏。由于向外部產(chǎn)生冷量傳遞，空氣中的水分會在填料上凍結(jié)，從而使閥桿凍結(jié)。在這種情況下，只有用蒸汽或熱水加熱填充物才能打開和關(guān)閉閥門。但是，在打開和關(guān)閉閥門后，堆積在填料中的水將再次凍結(jié)。由于閥門開關(guān)費(fèi)力，通常會導(dǎo)致閥門桿扭曲和手輪斷裂。 因此，在對閥門進(jìn)行檢修后，應(yīng)均勻緊實(shí)地裝入填料，并擰緊壓縮螺母。在空氣分離裝置的整體泄漏測試過程中，還應(yīng)檢查閥桿填料處的泄漏，在冷啟動之前應(yīng)徹底解決此問題，杜絕更大故障的發(fā)生。法蘭泄漏的常見原因是密封面不光滑，密封面不均勻，管道補(bǔ)償不足，螺栓未均勻上緊，螺栓材質(zhì)不當(dāng)?shù)?。閥桿外螺紋套筒的兩端均用錫填充螺紋連接，長期使用后錫容易產(chǎn)生出現(xiàn)裂紋和泄漏。在對泄漏進(jìn)行壓力測試時(shí)，如果發(fā)現(xiàn)這種泄漏，較好將閥桿抽出重新灌錫、擰緊，并較好采用銀焊焊接。

低壓空分設(shè)備的負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍與原料空氣壓縮機(jī)的調(diào)節(jié)性能、膨脹機(jī)的調(diào)節(jié)性能、精餾塔的結(jié)構(gòu)特性等因素有關(guān)。目前，帶有進(jìn)氣導(dǎo)葉的透平空氣壓縮機(jī)的流量調(diào)節(jié)范圍為75％至100％；帶可調(diào)噴嘴的透平增壓膨脹機(jī)的調(diào)節(jié)范圍可以是65％到100％。接下來較關(guān)鍵的是精餾塔的調(diào)節(jié)余量。目前，采用規(guī)整填料的精餾塔的負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍可以達(dá)到50％-100％，而傳統(tǒng)的篩板塔的較佳調(diào)節(jié)范圍為70％-100％。負(fù)荷降至過低的話，將又可以因蒸汽通過篩孔的速度過慢，導(dǎo)致液體泄漏。 當(dāng)氧氣充足且需要減少氧氣輸出量時(shí)，請首先減少氧氣產(chǎn)品的輸出，然后相應(yīng)地減少空氣流量，并根據(jù)主冷卻液位調(diào)整膨脹空氣量。送入上塔的液氣和液氮調(diào)節(jié)閥也應(yīng)根據(jù)蒸餾條件做出相應(yīng)的關(guān)閉操作。應(yīng)該注意的是，整個(gè)操作應(yīng)緩慢且逐漸地完成，從而使還原過程中保持精餾條件的穩(wěn)定。 如果有液氧貯存系統(tǒng)，減少氧產(chǎn)量可增加液氧的產(chǎn)量，將液氧貯存起來更為便利?？上葘⒀醍a(chǎn)量減下來，然后增加膨脹空氣量，在保持主冷液位不變的情況下增加液氧的取出量。為保持上塔精餾工況的穩(wěn)定，必要時(shí)可將部分膨脹空氣走旁通。

精餾是利用兩種物質(zhì)不同的沸點(diǎn)，多次地進(jìn)行混合蒸汽的部分冷凝和混合液體的部分蒸發(fā)，以達(dá)到氣體分離。 對兩種不同沸點(diǎn)的物質(zhì)組成的混合液體，在吸收熱量部分蒸發(fā)時(shí)，易揮發(fā)組分較多地蒸發(fā)，而混合蒸汽在放出熱量而部分冷凝時(shí)，難揮發(fā)組分將較多地冷凝，如果將溫度較高的飽和蒸汽與溫度較低的飽和液體進(jìn)行混合接觸，蒸汽將放出熱量部分冷凝，液體吸收熱量將部分蒸發(fā)。如果進(jìn)行了一輪部分蒸發(fā)和部分冷凝后，濃度較高的蒸汽和液體再分別與溫度不同的蒸汽和液體進(jìn)行接觸，將再次發(fā)生部分冷凝和部分蒸發(fā)，這樣的過程進(jìn)行多次，較終達(dá)到氣體分離，整個(gè)過程稱之為精餾。

空氣中的主要成分是氮?dú)夂脱鯕狻Ｍㄟ^選擇對氮和氧具有不同吸附選擇性的吸附劑，并設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)墓に?，便能將氮和氧分離。 氮原子和氧原子都具有電四極矩，但氮原子的電四極矩比氧原子要大很多，所以氮在沸石分子篩上的吸附能力強(qiáng)于氧。因此，當(dāng)空氣在壓力下通過分子篩吸附床時(shí)，氮被分子篩吸附。由于氧氣吸附較少，因此氧在氣相中富集同時(shí)從吸附床中流出，從而氧氮分離獲得氧氣。在分子篩對氮的吸附趨于飽和時(shí)，停止氣流流入并使壓力下降，分子篩吸附的氮可以被解吸，分子篩得以再生和再利用。兩個(gè)或多個(gè)吸附床交替輪流工作以連續(xù)產(chǎn)生氧氣。 從上述原理可知，變壓吸附空氣分離制氧設(shè)備的吸附床必須至少包括兩個(gè)操作步驟：吸附和解吸。因此，當(dāng)只有一個(gè)吸附床時(shí)，產(chǎn)物氧的可用性是不連續(xù)的。為了連續(xù)獲得產(chǎn)物氣，通常在制氧機(jī)中通常安裝兩個(gè)以上的吸附床，并且從節(jié)能降耗和穩(wěn)定運(yùn)行的角度出發(fā)，還提供了一些必要的輔助步驟。 每個(gè)吸附床通常經(jīng)歷吸附、正向減壓、抽空或減壓再生、沖洗置換、壓力均衡和增壓的步驟，并且該操作周期性地重復(fù)。同時(shí)，每個(gè)吸附床處于不同的操作步驟。在計(jì)算機(jī)的控制下，有規(guī)律地切換吸附床，使多個(gè)吸附床協(xié)調(diào)運(yùn)行，并按時(shí)間步長錯開，使變壓吸附裝置能夠平穩(wěn)運(yùn)行并連續(xù)獲得產(chǎn)物氣。

現(xiàn)階段國內(nèi)空分設(shè)備中，常見的冷凝蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)型式主要有板翅式冷凝蒸發(fā)器和管式冷凝蒸發(fā)器2種型式。 管式冷凝蒸發(fā)器分長管、短管和盤管三種型式。長管和短管式都采用列管型式，管子材質(zhì)采用紫銅，管板材質(zhì)采用黃銅。一般用于中小型空分設(shè)備。 盤管式一般用于輔助冷凝蒸發(fā)器。由于盤管中無固定液面，傳熱系數(shù)較小已逐漸被淘汰。 板翅式冷凝蒸發(fā)器材質(zhì)采用全鋁結(jié)構(gòu)，板式單元采用立式星型布置，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、體積小、易于制造。被大中型空分設(shè)備廣泛應(yīng)用。 由于空分設(shè)備的逐漸大型化，冷凝蒸發(fā)器的換熱面積也隨之增大，管式冷凝蒸發(fā)器已完全被板式換熱器所替代。

凈化后的空氣進(jìn)入分餾塔，并通過主熱交換器與回流的污染氮，氧和氮進(jìn)行熱交換。冷卻后，將其一小部分液化，將氣液混合空氣節(jié)流至0.55 MPa的壓力。塔經(jīng)過精餾，在下部塔的頂部獲得99.999％的純氮，然后進(jìn)入主冷卻塔，并通過上部塔的液氧蒸發(fā)被冷凝成液氮。一部分液氮作為回流液返回下部塔，冷卻后將剩余的液態(tài)氮節(jié)流。進(jìn)入上部塔頂部的噴霧器。底部釜液是含有38％氧氣的液態(tài)空氣。通過液空過冷器后，進(jìn)入上塔中部參與精餾。同時(shí)，骯臟的液氮流從下部塔的中間抽出，然后作為回流液體進(jìn)入上部塔。 從主熱交換器中間抽出的一部分空氣進(jìn)入渦輪膨脹機(jī)進(jìn)行絕熱膨脹，從而產(chǎn)生設(shè)備運(yùn)行所需的大部分冷量。膨脹后的空氣通過熱虹吸熱交換器消除部分過熱，然后進(jìn)入上塔的中部參與精餾。 處于不同狀態(tài)的四種流體進(jìn)入上塔并再次分離，在上塔的頂部高純氮?dú)狻Ｒ旱^冷器和主熱交換器從分餾塔再加熱到9℃左右后，上部塔底部的液氧吸收了主冷卻過程中下部塔氮冷凝產(chǎn)生的熱量蒸發(fā)。其中，主換熱器將純度為99.6％的氧氣再加熱至9℃左右。從分餾塔出來，其余部分用作上升蒸汽參與精餾。上部塔的上部仍然有含污氮?dú)馔ㄟ^液態(tài)空氣過冷器抽出，由主熱交換器再加熱后從分餾塔中排出。再生分子篩吸附器后對凈化系統(tǒng)進(jìn)行排氣。 從主冷卻器底部將液氧抽取到氧液體量筒，分離蒸汽和液體并在量筒裝滿后迅速填充氧氣低溫液儲罐。制備液氮時(shí)，將液氮過冷器中的液氮注入氮?dú)庖毫客埠髮⒘客部焖僮⑷氲獨(dú)獾蜏匾后w儲罐中。蒸發(fā)后它為用戶提供氣態(tài)氮產(chǎn)品。合格的氧氣離開分餾塔后，通過壓縮氧氣系統(tǒng)對其加壓以供使用。

溫差是熱量傳遞的動力，兩種物資只要存在溫差，就會自發(fā)地進(jìn)行冷熱傳遞，熱量總是從溫度較高的流體傳向溫度較低的流體。

在低溫法空氣分離設(shè)備中，為了能使空氣溫度降低，在空分各系統(tǒng)中，需要各種換熱設(shè)備進(jìn)行冷熱交換，例如：氮水預(yù)冷器、切換式換熱器、主換熱器、冷凝蒸發(fā)器、過冷器、液化器、汽化器、電加熱器等等。這些換熱設(shè)備配置在空分設(shè)備的各系統(tǒng)，是空分設(shè)備實(shí)現(xiàn)空氣液化、氣體分離所必須的重要設(shè)備。

在流量孔板前后，須有足夠的光滑直管段?？装迩盀?0倍管徑距離，孔板后為5倍管徑距離，且不允許存在影響測量精度的因素（如管接頭等）。管道焊縫其內(nèi)表面亦應(yīng)磨平，墊片不可伸入管子內(nèi)徑。并要仔細(xì)檢查孔板的安裝方向，不得裝反。（判斷方法：小口為入口，大口為出口）