对称混合流动氧氮分离制取机制造技术

本发明专利技术公开了一种对称混合流动氧氮分离制取机，包括制氧壳、制氮壳、物料管、第一转移管组件和第二转移管组件，制氧壳和制氮壳分别在各自的上表面设置对外连接的物料管，物料管上设置用于控制通断的阀门，第一转移管组件构建制氧壳往制氮壳的物料流动方向，第二转移管组件构建制氮壳往制氧壳的流动方向，制氧壳内工作温度低于制氮壳。两个壳体中氮氧分别以各自温度下饱和蒸气压比例为组分比例分布，利用这一比例差实现两个壳体内氮氧的转移，转移的过程通过压缩机和调压阀匹配两个环境下的压力。力。力。

【技术实现步骤摘要】
对称混合流动氧氮分离制取机


[0001]本专利技术涉及制氮制氧机
，具体为一种对称混合流动氧氮分离制取机。

技术介绍

[0002]现有技术中，制氧与制氮常常是通过降温增压空气得到液态空气组分，然后在不同的温度下进行蒸发分别制取氮气和氧气的，然而，这种方法只能作为很粗糙的前道工序进行，因为，
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210~
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160℃范围内，尽管不同压力下氮气与氧气的沸点不同，但是，因为饱和蒸气压的存在，即使氧气没有达到沸点，仍然会有一部分液氧蒸发混入氮气气相中，由容器顶部抽取的气相是该压力下以氮气与氧气饱和蒸气压比例的氮氧混合物，例如氮气
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210℃所对应的饱和蒸气压约为12935Pa，而氧气
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210℃所对应的饱和蒸气压约为1771Pa，而12935Pa对应的纯液氧沸点约为
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199℃，以氮气分压12935Pa作为制氮制氧机的工作压力，
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210℃蒸发氮气，在氮气中仍会不断混入混合物分压为1771Pa的氧气，由于提取气相时不可能做到只提取氮气而让氧气保留在罐体内，即蒸发出来的气体是等比例地抽走的，后续的蒸发制取仍然有这么多比例的氧气未达沸点而蒸发，制取的混合物含有约12%的氧气，随着蒸发压力的升高，在氮气分压99219Pa压力下以
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196℃蒸发制取氮气，会混入约17%的氧气，所以，该制取方式精度不高，如果需要更高纯度的氮气（液氮）或氧气（液氧），需要后续的处理工艺。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种对称混合流动氧氮分离制取机，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0004]为了解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：一种对称混合流动氧氮分离制取机，包括制氧壳、制氮壳、物料管、第一转移管组件和第二转移管组件，制氧壳和制氮壳分别在各自的上表面设置对外连接的物料管，物料管上设置用于控制通断的阀门，第一转移管组件构建制氧壳往制氮壳的物料流动方向，第二转移管组件构建制氮壳往制氧壳的流动方向，制氧壳内工作温度低于制氮壳。
[0005]液氮与液氧具有不同的饱和蒸气压曲线，其关系式近似可以用Antoine公式表示：P=10^( A
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B/(t+C)) /760*101325，式中，P为压力，单位Pa，t为温度，单位℃，A/B/C为物性常熟，氮分子分别为6.86606、308.365、273.2，液分子分别为6.98983、370.757、273.2，汇总整理出不同温度下纯物质的饱和蒸汽压的近似值见表1：液氮与液氧的混合物存在的罐体中，液面上方的气相组分总是以该温度下的饱和蒸气压作为组分比例，例如
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210℃下，液氮液氧混合物上方的氮气分压一定是12935.106Pa，如果氮气分压低于该数值，则会有液氮挥发为气态补充进气相来提高分压，如果高于，则会有气相氮气液化减少分压至饱和蒸气压，
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210℃下，氧气分压是1171.433Pa，总压为12935.106+1171.433=14706.539Pa，气相中，氮气比例是12935.106/14706.539=0.88，表1
本申请第一转移管组件用于将制氧壳内顶部的气相物料搬运至制氮壳内，第二转移管组件用于将制氮壳内顶部的气相物料搬运至制氧壳内，本装置在初始时，先行将制氧制氮壳内空间的气体通过物料管抽走，然后也经由物料管往两个壳体内注入经过初步压缩的空气组分，注入两个壳体的是按空气组分分布的氮氧混合液体，然后关闭物料管开始氮氧分离过程：初始注入完毕后，制氧壳和制氮壳内的氮氧比例是相同的，之后，改变两个壳体的温度，忽略壳体顶部杂质组分，氮氧分别以该温度下饱和蒸气压比例为组分比例分布，本申请就是利用这一比例差实现两个壳体内氮氧的转移，第一转移管组件将制氧壳内顶部的气相组分升压转移至制氮壳内，而第二转移管组件承接制氮壳内的高压气体以特定的压降泄
放到制氧壳内，不断的气相组分搬运过程使得两个壳体内氮气不断地往制氮壳内转移，让氧气不断地往制氧壳内转移，达到氮氧分离作用，在这一过程中，并不需要精确保证温差不变，只需要保证两个壳体内存在较大的温差即可，因为，在
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210~
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160℃这一温度范围内，氮氧饱和蒸气压比例是不断减小的，氮气占比由0.88降低至0.728，所以，比例大小的相对关系不变，需要注意的是：在最终状态下，并不会实现完全的氮氧转移，考察末尾时候：制氧壳内氮组分极少，顶部空间大部分积累氧气组分，在这一周期的物料转移，是将较多的氧气组分转移往制氮壳，相应的，制氮壳内转移往制氧壳的组分大部分是氮气，所以，转移过程的末尾是两个壳体顶部空间数量的氮气氧气不断地来回转移，使用时，不需要额外地去设置浓度检测器，完全可以长时间运行第一转移管组件和第二转移管组件让转移充分进行，不用去理会顶部空间所停留的少量异物组分，最终的产物是，制氧壳内底部积攒液氧和顶部空间的氮氧混合物，而制氮壳内底部积攒液氮和顶部空间的氮氧混合物，此时，断开第一转移管组件和第二转移管组件，通过物料管分别导出制氧壳内所制备的液氧，导出制氮壳内制备的液氮，顶部空间剩余的气态组分转换为液态只有很小的比例，所以，制取的液氧和液氮纯度很高。
[0006]进一步的，第一转移管组件包括第一进料管、压缩机和第一出料管，压缩机设置在制氧壳和制氮壳之间，第一进料管一端伸入制氧壳内顶部，一端连接压缩机进口，第一出料管一端连接压缩机出口，一端伸入制氮壳内底部。压缩机抽取制氧壳内的气相组分增压输送往制氮壳内，第一出料管端部伸入的是制氮壳的底部液相物料。
[0007]第二转移管组件包括回流管和调压阀，回流管一端连接制氧壳内底部，另一端连接至制氮壳顶部，回流管上设置调压阀。调压阀调整降压幅度，保证制氮壳内的高压气相往制氧壳内的转移平稳进行制氧壳和制氮壳内表面设有温度传感器，调压阀为自动调压阀，调压阀与温度传感器电信号连接；制氧壳和制氮壳之间还设有制冷循环，制冷循环与温度传感器电信号连接；温度传感器检测获得制氧壳和制氮壳温差减小时，调压阀流阻调低。由于两个壳体的工作温度不同，所以，物料在转移过程中，势必会伴随热量转移，将系统整体考虑，还有压缩机的能量输入，所以，制氧壳和制氮壳的温度是逐渐靠近并平均值升高，温差减小意味着单周期转移分离的氮氧量减少，分离时间增长，在最终等温下，无法实现分离，所以，需要通过制冷循环确保两个壳体的温差大于一定的数值，启动制冷循环将两个壳体内物料的温差重新拉大，相应的，两个壳体内温差缩小时，壳体顶部的总压也会缩小，需要调配调压阀流阻匹配压降。
[0008]进一步的，第一转移管组件还包括浮球，第一进料管在制氧壳内的末端外表安装浮球，浮球托举浮起第一进料管的末端使其竖直朝上靠近制氧壳内表顶面，第一进料管自浮球至第一进料管穿过制氧壳壁面的管段浸入制氧壳内的液相物料内。本结构略微减小由制氧壳往制氮壳内物料转移带走的热量，原理是，制氧壳顶部的气相是由液相蒸发获得，蒸发吸收大量热量，所以，制氧壳顶部气本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种对称混合流动氧氮分离制取机，包括制氧制氮机，其特征在于：所述制氧制氮机包括制氧壳（11）、制氮壳（12）、物料管（2）、第一转移管组件（31）和第二转移管组件（32），所述制氧壳（11）和制氮壳（12）分别在各自的上表面设置对外连接的物料管（2），所述物料管（2）上设置用于控制通断的阀门，所述第一转移管组件（31）构建制氧壳（11）往制氮壳（12）的物料流动方向，所述第二转移管组件（32）构建制氮壳（12）往制氧壳（11）的流动方向，所述制氧壳（11）内工作温度低于制氮壳（12）；所述第一转移管组件（31）包括第一进料管（311）、压缩机（312）和第一出料管（313），所述压缩机（312）设置在制氧壳（11）和制氮壳（12）之间，所述第一进料管（311）一端伸入制氧壳（11）内顶部，一端连接压缩机（312）进口，所述第一出料管（313）一端连接压缩机（312）出口，一端伸入制氮壳（12）内底部；所述第二转移管组件（32）包括回流管（321）和调压阀（322），所述回流管（321）一端连接制氧壳（11）内底部，另一端连接至制氮壳（1...

【专利技术属性】
技术研发人员：王惠敏，
申请(专利权)人：王惠敏，
类型：发明
国别省市：