答：如图10所示，内压缩流程中，冷箱容器内的液氧通过液氧泵6升压、经过高压换热器4与高压空气进行热交换，被复热、气化后直接从冷箱出口得到高压氧气。
该流程的特点为冷箱出口的产品压力即为使用要求压力，所以，根据用户要求的压力不同，设计的换热器所需承受的压力也不同。从换热的角度看，液体在临界压力以上的气化过程与临界压力以下时有很大的不同。前者当温度达到临界温度时，直接由液态变为气态，没有相变的阶段；而后者在达到饱和温度(低于临界温度)时，有一个维持温度不变的气化阶段。而正流空气在换热器中被冷却的过程是没有相变的。
为了使二者在换热器内有尽可能小的传热温差，通过理论计算，对于低于临界压力时的液氧气化，要求通过高压换热器的空气流量大于氧气流量，并且，最佳压力为氧气压力的2～2.3倍；超过临界压力时为1.3～1.6倍，如图11所示。因此，当产品氧压力为2.94MPa时，取空气的压力为6.3MPa。而主空压机1的压力是满足下塔所需的压力，在0.55MPa左右。为此，必须配置有增压机2来提高空气压力，它可与增压膨胀机侧的增压机结合起来设置。
由于增压后的压力很高，这部分流程相当于中压循环，将增压气体供给膨胀机后通至下塔已有足够的压降和单位制冷量，所以，可将主空压机出口的空气分为三部分：一部分在主交换器5中冷却后进入下塔精馏；第二部分在增压机中增压至6.3MPa，经高压换热器环流通道冷却后进入透平膨胀机，膨胀压力为0.55MPa，空气进入下塔；第三部分在增压机中增压至6.3MPa，在高压换热器4中冷却到饱和温度，然后通过节流阀7减压至0.50MPa，呈液态空气进入下塔中部，增加下塔下部的回流比，并减少下塔上部的上升蒸气量，提高下塔的氮纯度，同时减少了主冷的冷凝量，减少上塔回流液，使氧提取率提高。此流程适用于特大型空分设备，膨胀量的增减对氧、氮、氩纯度影响较小，但对增压机、膨胀机等设备精度要求较高，该流程氧提取率大于98%。
59.为什么中压外压缩流程改为内压缩流程后，空气的操作压力要提高?
答：中压外压缩流程改为内压缩流程后，空气操作压力的提高反映了装置所需要的制冷量增加。这是因为内压缩流程消耗的冷量(冷损)增加，需要有更多的制冷量，以维持冷量平衡。增加的冷损有以下几方面：
1)液氧泵在装置内对液体进行压缩，将能量传给液体，在压力升高的同时，温度也有升高。例如，将液氧压缩至10MPa时，将有10℃左右的温升。这相当于从外部多传入一部分热量；
2)产品离开装置时的压力升高，即这部分气体的等温节流效应制冷量在装置内没有得到利用。其损失对1m3加工空气而言，有9～10kJ/m3；
3)高压换热器内的换热，由于液氧有一个从液态转为气态的相变过程，传热温差大于原先单纯的气一气间的换热。其热端温差一般要扩大2～4℃，造成热交换不完全冷损的增加；
4)由于在冷箱内增加了液氧过冷器、贮液器、液氧过滤器、液氧泵等设备，会增加部分冷损。同时，液体泵密封处若有泄漏，更会增大冷损。
由于上述原因，中压空气操作压力要提高1.5～2.0MPa，如果部分产品为内压缩，操作压力也要增高0.5MPa左右。
操作压力的提高，会增大空压机的能耗。但是，它可以节约氧压机的能耗，装置的运转较为安全。
60，内压缩中压流程小型空分设备中的氧换热器(即氧气化器)的传热特点是什么?
答：内压缩中压流程中氧换热器(即氧气化器)是一种在氧侧具有相变的低温换热器。一侧是空气被冷却；另一侧是液氧受热蒸发，并复热至常温。它的氧气化器往往是为了替代高压氧压机，气化的氧气供充瓶用。其传热特点如下：
1)该换热器的热源是流程内本身的空气，不用外热源，不需要消耗电能和水蒸气能。空气量取决于氧的气化量、流程的压力及热端温差。对小型中压流程(生产医用氧)，空气量与氧气量之比为(1.8～1.9)：1。空气量之所以大于氧气量，主要原因是在一定的热端温差下，氧的比热容大于空气的比热容。另一个原因是空气的压力低于氧的平均压力，空气的温降小于氧的温升所致。操作压力越高，空气分配量越少。
空气回收氧的冷量后被冷却到一定的温度。如果装置全部生产医用氧，则冷却后的空气被送至高压节流阀前，经节流后进下塔；如果生产部分医用氧，则空气被送至膨胀机前，经膨胀后再进下塔。 2)冷源是经过冷的液氧，其过冷度约为5℃，以防在液氧泵内产生气化。液氧首先在液氧泵中压缩到所需的压力，再送到氧气化器中气化。进氧换热器后氧的复热状况与工作压力及温度有关。在临界压力(5.037MPa)以上，温度低于临界温度(154.34K)时为液体，高于临界温度时为气体；在临界压力和
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临界温度以下时，有一相变的汽-液两相区，温度高于压力对应的饱和温度为气体，低于饱和温度为过冷液体。
在利用气化氧充瓶时，压力是一个反复多变的过程。传热计算为了简化起见，取2/3的最高压力作为平均压力考虑(约为10MPa)。由于压力高于临界压力，它的换热特点是分为预热段(临界温度以下)和蒸气段(临界温度以上)两个区段，没有两相共存的气化阶段。两个阶段的传热特性有很大差别(气-液换热及气-气换热)，需分别考虑、计算。
在生产部分医用氧时，氧气化器为单独的换热器；在生产全部医用氧时，氧气化器与主换热器做成一体。
氧换热器在运行过程中要注意氧的出口温度是否已达到室温。氧的温度过低，说明空气量分配不够。严重时甚至部分液氧还来不及气化，管道外产生结霜。若不及时加大空气量，低温氧充入瓶内，待温升后可能发生爆炸。因此，在氧气出口管道上应装设温度计，并与液氧泵电机联锁或带报警装置。
61. 液氧的高压气化器有哪几种型式，它们的优缺点是什么?
答：在空分设备上应用的高压气化器，目前在充瓶上使用的有三种型式：
1)水浴式。将盘管放入水中，并伴有蒸汽通入。用热水使液氧(或液氮、液氩)气化。盘管采用单根或多根直径较大的管子(如φ25mm×2～3mm)盘绕而成。一般做成一层，上下装有汇流管或叫集合器(单根的没有)。进、出口管都朝上。管子材料需用铝管或不锈钢管。水温保持在80～90℃。
它的优点是传热性能好，体积小，重量轻，操作较安全。缺点是要消耗一定量压力为0.4MPa左右的蒸汽。
2)空浴式。换热器置于大气中，用空气来加热低温液体，使之气化。传热管采用星形大肋片复合管，外管为铝管，内管为不锈钢管。大肋片的外径为φ113mm，内径为φ22mm，壁厚3mm，肋片为8片。肋片可使传热强化8倍多。
气化器采用立式安装，高度约2m。每个单元组由8根星形管串联而成。气化量为50～75m3
/h。根据总的气化量大小来确定所需并联的单元组数。每组之间设有汇流管，朝下安装。整个气化器安装在一个框架内，并用连接板将肋片固定。
它的优点是不需消耗蒸汽或电能，操作安全。缺点是传热系数小，体积大，重量大，成本高。 3)装于空分塔内，利用加工空气加热。它作为装置内设备的一部分(氧换热器)，由空气回收液氧和氧气的冷量，并又返回到塔内，减少了装置的冷量消耗。
氧换热器常做成单管与套管两种。根据流程的压力决定管外或套管之间的空气压力。小型设备一般做成盘管结构，用小口径的紫铜管(φ5mm×lmm或φ6mm×lmm)盘绕而成。管内受压为15～16MPa，管间所受空气压力对中压流程为2～4MPa，对低压流程为0.55MPa。在150m3/h空分设备上将氧换热器和主换热器做成一体，用多根套管盘绕而成。管子为φ10mm×1mm和φ5mm×1mm。套管的焊接用银焊。 前两种型式的气化器用于液体贮槽后的增压气化，它的冷量未加回收，冷损大。
62.什么叫氮膨胀.它与空气膨胀相比有什么优缺点?
答：以氮气作为膨胀机的工质的流程叫氮膨胀。氮膨胀分成纯氮气膨胀和污氮气膨胀两类。纯氮气膨胀流程如图12所示，它是从下塔顶部和主冷凝器氮侧顶部抽出纯氮气，一部分经切换式换热器环流通道复热后再汇合进入透平膨胀机，膨胀后的氮气经板翅式换热器作为产品氮气引出。 污氮气膨胀流程如图13所示，它是从下塔中部抽出含氧1%左右的污氮气，一部分经切换式换热器环流通道复热后再汇合进入透平膨胀机，膨胀后的污氮经过冷液化器和切换式换热器复热回收冷量，再通过蒸发冷却塔吸收冷却水的蒸发热后放空。
由于从下塔抽出氮气，使主冷凝器的液氮冷凝量减少，因此送入上塔的回流液氮减少，使精馏塔的回流比达到比较合理的数值，这样充分利用上塔的精馏潜力，提高氧的提取率。 氮膨胀的优缺点是：
1)氮膨胀后气体不进入上塔，因此它不会直接影响上塔精馏工况，它在膨胀后的过热度可以比空气膨胀高，膨胀后的压力也可以比空气膨胀低一些。因而单位制冷量就比空气膨胀要大，在设备冷损一定的情况下，它的膨胀量就可少一些；
2)由于膨胀后的气体不入上塔，并且主冷的热负荷减小，因此上塔的上升气量比空气膨胀的要少，从而塔径可以缩小，结构也可以简化；
3)氮膨胀量增大对主冷温差有一定影响，会使污氮中的含氧量升高，降低氧的提取率，可是对氧纯度的直接影响不太大，对馏分氩的影响则更小，在国外的大型空分装置上已采用氮膨胀；
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4)氮膨胀的工质比空气膨胀的工质要干净，因而膨胀机可以在更安全的条件下运行。因为氮膨胀的工质是从下塔上部抽出的，它不可能带有固体二氧化碳等杂质。而空气膨胀的工质是从下面第一块泡罩塔板上抽出的，空气中的二氧化碳就有可能被带入膨胀机内，引起膨胀机的磨损。此外，在氮膨胀时，膨胀后压力是0.12MPa，温度要到78.7K才会出现液滴，因此在膨胀机中不容易产生液体； 5)由于下塔的最小回流比大于上塔精馏段的最小回流比，也就是说下塔回流液比上塔回流液富余得少，所以从下塔能抽取的气氮量要比能送入上塔的空气量少。通常，抽氮膨胀量不超过加工空气量的16%，而空气膨胀量不超过加工空气量的25%
63.什么是变压吸附分子筛净化流程，它与变温吸附净化流程相比有什么特点了
答：分子筛对混合气体具有选择吸附的功能，其吸附能力随温度、压力的变化而变化。在低温、高压状态时其吸附能力增强，在高温、低压状态时其吸附能力降低，如图14所示。变温吸附(TSA)根据分子筛在常温时吸附、高温时解吸的原理，而变压吸附(PSA)根据分子筛在高压时吸附、低压时解吸的原理。
所谓变压吸附分子筛净化流程，就是应用分子筛变压吸附工艺除去空气中的水、二氧化碳、碳氢化合物，省去空气预冷系统和再生加热器，如图15所示。
利用1%～1.5%净化后空气再生分子筛，一般切换周期为9～14min，吸附器根据空分装置规格大小设置2～6个，吸附剂容量是同类空分装置TSA吸附剂的4倍，每台容器设切换阀6个。 PSA与TSA相比，其优点为：
1)使流程简化，省去空气冷却塔、蒸发冷却塔、低温水泵、再生加热器等设备；
2)没有TSA加热再生所需的蒸汽消耗。对于60000m3/h的空分装置来讲，可节约蒸气1800kg/h(约1000kW·h/h)。 它的缺点为：
1)空气切换损失1%～1.5%，多耗电400kW； 2)切换周期短、切换阀易发生故障；
3)常温再生分子筛解吸难以彻底，随之会影响分子筛吸附性能，使部分有害气体带入空分装置，对大型空分装置的安全性产生一定的影响； 4)投资略大。
64.为什么现在的低压空分设备多采用带增压透平膨胀机?
答：膨胀机是气体膨胀对外作功的机械，原先的流程多数是用膨胀机带动电机，对外输出电能。对低压空分装置，膨胀机的进口压力取决于下塔要求的空压机压力，膨胀机制冷量的调节主要靠改变膨胀量。但是，膨胀空气直接进上塔参与精馏，膨胀量过大将影响分离效果，降低氧的提取率。 增压透平膨胀机是用膨胀机带动一台增压压缩机，将供给膨胀机的压缩空气压力进一步提高，然后在热交换器内降温后再供至膨胀机膨胀。如图16所示。这样，膨胀机的进口压力可从0.55MPa提高到0.9～1.0MPa，在产生相同的制冷量时，所需的膨胀空气量可减少20%以上。除此以外，还有下述优点：
1)降低膨胀后气体的过热度，减小对上塔精馏的影响，使氧的提取率提高。在相同进口温度时，机后过热度可降低9.5K。加之进上塔的膨胀空气量的减少，氧的提取率可提高6.5%～9.4%，相应能耗可降低5%～10%；
2)主冷热负荷增加，有利于提高精馏效率。由于膨胀量减小，进入主热交换器冷段及下塔的空气量增大，出换热器冷空气的焓值略有提高(约1.5%)，主冷的热负荷要增加4%；
3)冷量调节能力大，稳定性好。在正常情况下，膨胀量等于环流量，环流出口温度等于膨胀机进口温度。当需要增大制冷量时，采用旁通增压气与环流气混合而成膨胀量，相应地提高了膨胀机进口温度，有利于增大单位制冷量，减小膨胀量增大的份额。因此，增压流程的适应性强，稳定性好，调节能力大。
65.进下塔的加工空气状态是如何确定的?
答：当进出精馏塔的和各股物料的量及状态完全符合整个精馏塔的物料平衡、组分平衡以及能量平衡时，精馏工况才能维持稳定运行。通常，从精馏塔引出的气氮、气氧产品处于干饱和蒸气状态，因而进精馏塔加工空气的状态也应该是在其压力下的干饱和蒸气状态。一般下塔压力为0.5～0.6MPa，其对应的饱和温度约为100～101K，也就是加工空气进下塔的状态是温度为100～101K的干饱和蒸气。
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但是，由于精馏塔存在冷损失，加之膨胀后入上塔的空气为过热空气，为了．补偿冷量，导致加工空气进入下塔的状态不仅要达到饱和，而且必须含少量的液体，即加工空气进下塔的状态应该是气液混合物。对于只生产气态产品的塔，进下塔的加工空气中含3%～5%的液体；对于同时生产气、液产品的精馏塔，因塔的冷损失加大，加之有部分焓值低的液态产品离开塔，为了维持塔的冷量平衡，进入下塔的加工空气中所含液体的比例势必要增加。
入塔加工空气中的液空，在小型中压制氧机中，由高压空气节流后产生部分空气液化来提供；在全低压切换流程中，其入下塔加工空气中的液体部分在液化器中产生；在全低压分子筛纯化流程中，入下塔加工空气中的少量液空，由主换热器冷段正流空气被冷却后，部分被液化而产生。
假若进塔空气的状态不是气液混合物，而为饱和或过热，塔内冷量就会失去平衡，发生精馏塔中塔板的液体过分蒸发，塔板温度升高，液体减少，甚至液体消失，造成精馏不能正常进行，空气也就无法分离了。
66.为什么有的精馏塔下塔抽污液氮，有的下塔不抽污液氮?
答：切换式换热器流程制氧机，为了达到水分和二氧化碳的自清除，要求有较大的污气氮量才能保证不冻结条件，因此，纯气氮产品量较少，最多只能达到气氧产量的1.3倍。因而，下塔提供给上塔的纯液氮量较少，可以抽出一股污液氮到上塔。这样，还可使上塔精馏段的回流比加大，使它具有更大的精馏潜力，从而允许较多的膨胀空气进入上塔，以防膨胀空气旁通，影响氧提取率。
对于分子筛纯化增压膨胀流程的制氧机而言，因不受自清除的限制，纯气氮产品量有较大幅度的提高。除了保证分子筛纯化器再生用的污氮量而外，其余都可以作为纯气氮产品送出，纯氮产量与氧产量之比可达3～3.5。这样，下塔需要较大的回流比，才能保证纯液氮的量和纯度，而后再送入上塔作为回流液。
此外，由于这种流程采用增压膨胀，膨胀工质的单位制冷量较高，在补偿同样冷损的前提下，所需的膨胀量较小，一般不会超出上塔允许吹入的空气量。因此，也不需要靠抽污液氮来直接增大精馏段回流比。与此同时，由于不抽污液氮，下塔减少了抽口、管路和阀门，流程也简化了。
总之，纯气氮产品产量较大的制氧机下塔一般不抽污液氮。在采用增压膨胀且膨胀量较小的情况下，下塔抽污液氮就更无必要。
67.环流量和环流出口温度是怎样确定的?
答：环流量是根据空分流程的要求，由切换式换热器(或蓄冷器)的热平衡来确定的。在冷端温差和热端温差一定的情况下，环流量越大，环流出口温度越低；环流出口温度提高，环流量趋于减少。 就膨胀机来说，膨胀空气是由环流空气与旁通空气汇合而成的。在空分装置冷损一定的情况下，当环流出口降至某一温度时，环流量将增大到与膨胀量相等。如果继续降低环流出口温度，则会出现环流量大于膨胀量的情况，这是不允许的。因此，对一定的冷损就存在一个允许的最低环流出口温度。随着装置冷损的减少，允许的最低环流出口温度将提高。这说明环流出口温度的确定与装置的冷损有关。装置容量增大，冷损相应减小，环流出口温度可提高。有的设备可从-120℃提高到-90℃。 在增设氧、氮液化器时，返流的纯氮、纯氧的冷量减少，环流空气放出的冷量要增多，环流空气出口的最低允许温度也相应提高。
环流出口温度的确定还要考虑换热器冷、热段长度的实际情况。随着环流出口温度的升高，冷段相对热段的长度也逐渐增大，二者趋于相等。
68.膨胀换热器起什么作用，应将其放在什么部位?
答：膨胀换热器一方面是利用上塔返流污氮的冷量，降低膨胀后空气的温度，以减小膨胀空气入上塔的过热度；另一方面起到分配上、下塔冷量的作用。通过它将出过冷器至进切换式换热器(或蓄冷器)之前的污氮的冷量，一部分又返回入上塔，使上塔的精馏得到改善。
膨胀换热器的位置可放在膨胀机前或机后，由流程设计而定。我国的大型空分设备常设置在机前，用一部分出过冷器的污氮冷却膨胀机前的空气，使膨胀机后的温度不致过高，解决空气入上塔的过热度的问题。这样设置的缺点是因膨胀机前温度降低会带来膨胀机的单位制冷量(单位焓降)减少的问题。 在引进的大型空分设备中也有将膨胀换热器置于机后的。这种布置适应于切换式换热器板式单元的长度增加，环流温度提高，使膨胀机前温度提高的情况。机前温度提高，可使膨胀机的单位制冷量增大，进上塔的膨胀空气量减少；而机后换热器又可降低入上塔的膨胀空气的过热度，二者均对上塔
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的精馏有利，缺点是膨胀后的背压略有提高。但因板翅式换热器的阻力不大，对膨胀机的焓降影响很小。
由于设置膨胀换热器，入下塔空气的含湿量减少，这样可提高液空的纯度，也对塔的精馏有利。
69.全低压空分设备中液化器起什么作用，为什么可以自平衡调节返流出口温度?
答：在全低压空分流程中，有的设有一个液化器，有的设有两个、甚至三个液化器，分别靠污氮、纯氮或纯氧的冷量使一部分空气液化。有的还把液化器与液空、液氮过冷器连成一体。流经液化器的空气来自下塔的洗涤空气或切换式换热器冷端的低温空气。
液化器的作用与空分流程及启动方式有关。一般有以下几个作用：
1)在启动积液阶段，液化器起到液化空气、积累液体的作用。有的流程不单独设液化器，例如法
国液化空气公司的6500m3
/h空分设备，把液空过冷器、污液氮过冷器和膨胀换热器做成一个整体来回收冷量，启动时完全靠过冷器作为液化器使用来进行液体的积累；
2)在正常运转阶段，在切换式换热器(或蓄冷器)和精馏塔之间，液化器能起到冷量分配、调节的作用。从精馏塔出来的污氮和产品氧、氮的冷量，有一部分在液化器中回收，由液化空气把冷量直接转移到下塔。这样，分配给切换式换热器(或蓄冷器)的冷量就减少了，即热负荷降低了，就可避免冷端空气被液化，使进塔空气温度比干饱和状态约高1～1.5℃。
特别是当精馏塔工况波动时，由于液化器的自平衡作用，能使污氮出液化器(进切换式换热器)的温度基本不变，保持冷端温差在自清除允许的范围，有利于切换式换热器以及精馏塔工况的稳定性。此外，液化器还能起到调节冷凝蒸发器液面的作用。
液化器的自平衡是指液化器能自动保持其冷气流出口温度基本恒定。这是因为当冷气流(如污氮)量或其入口温度发生变化，即液化器热负荷发生变化时，进入液化器被液化的空气量也会相应地发生变化。例如污氮进入液化器的温度降低，污氮与空气的温差增大，使得液化器的热负荷增大，空气液化量增多。而液化量越大，则液化器内空气侧的压力越低，与下塔(或低温空气管道)之间的压差越大，被吸入液化器的空气量会自动地增加，回收的冷量也就增加，所以污氮出液化器的温度可以基本保持不变。这就满足了切换式换热器(或蓄冷器)对冷端返流气体温度保持恒定的要求。
70.为什么精馏塔要设置过冷器?
答：空气在下塔经精馏后产生的液空和液氮，通过节流阀供给上塔作为精馏所需的回流液。处于饱和状态的液体经过节流阀时，由于压力降低，其相应的饱和温度也降低，部分液体将要气化。节流的气化率与节流前后的压力、液体的组分及过冷度有关。通常，未过冷时液空、液氮节流后的气化率可达15%～20%，这就使得上塔的回流液量减少，对上塔的精馏不利。为了减少节流气化率，因而设置了过冷器。它是靠回收污氮、纯氮的冷量，使液空、液氮的温度降低。低于下塔压力所对应的饱和温度就称为过冷。如果过冷度为3～9℃，则节流后的气化率可减少到8%～12%。
另一方面，低温氮气经过过冷器后温度升高，这可缩小切换式换热器(或蓄冷器)的冷端温差，有利于自清除，以改善切换式换热器的不冻结性。
此外，过冷器还起到调配冷量的作用。它可使一部分冷量又返回上塔。因此，空气带入下塔的能量(焓值)升高，使冷凝蒸发器的热负荷增加，对上塔的精馏有利。
设置在贮槽及液氧泵前的过冷器是为了减少由于管道跑冷损失以及流阻引起的液体气化损失，防止泵内产生气蚀现象。一般过冷度在5℃左右。
71.如何根据过冷器的温度工况来判断由下塔抽出的是液体还是气一液混合物?
答：在正常工况下，从下塔抽出的液空或液氮完全是饱和液体，污气氮或纯气氮在过冷器中放出的冷量全部用来使液体降温。如果抽出的液空或液氮是气、液混合物，则污气氮或纯气氮放出的冷量，首先要使混合物中的蒸气液化。而蒸气在液化过程中温度是不变的，只有在蒸气全部液化以后温度才开始下降。所以，如果有一部分冷量需要用来使气、液混合物中蒸气液化，则不能全部用来降温，液体的过冷度就要减小。因此，从液空或液氮温度的变化，即可判断是饱和液体还是气、液混合物。如果液空或液氮出过冷器的温度高于正常值，而污气氮或纯气氮流量没有变化，就说明从下塔抽出的液空或液氮可能是气、液混合物了。另外，也可从节流阀的手轮或膜头听流动的声音来判断是液体还是气、液混合物。
72.过冷器与冷凝蒸发器之间有什么关系?
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