任何空气分离设备中的第一个工艺步骤 是过滤，压缩和冷却进入的空气。 在大多数情况下，空气被压缩到5到8巴（约75到115磅/平方英寸）之间，这取决于预期的产品混合物和所需的产品压力。压缩空气被冷却，进入空气中的大部分水蒸气被冷凝并被除去，因为空气在压缩的最后阶段经过一系列级间冷却器和后冷却器。 因为离开压缩系统的空气的最终温度受到可用冷却介质的温度的限制（在几乎所有情况下都受到环境空气的湿球或干球温度的限制），压缩空气的温度通常很好高于最佳温度以获得下游单元操作的最大效率。因此，空气通常通过机械制冷系统进一步冷却。 该步骤提供了若干益处。它允许通过冷凝去除额外的水蒸气。它还降低并稳定了下游系统的入口温度，从而提高了整个空气分离过程的效率和稳定性。特别是，它降低了分子筛预纯化系统中的除水负荷。 在某些情况下，压缩空气冷却可以完全或部分地通过直接接触后冷却器系统（DCAC）完成。DCAC系统利用冷却，干燥，富氮的废气来冷却“冷却塔”中的循环冷却水流，然后使用冷却水流冷却第二塔中的压缩空气。 在压缩和冷却之后，空气分离过程中的下一个主要步骤是去除杂质，特别是残余水蒸气加二氧化碳。 必须移除进气馈送的这些组件以满足产品质量规格。在空气进入植物的低温蒸馏部分之前必须除去水蒸汽和二氧化碳; 因为在非常低的温度下它们会冻结并沉积在工艺设备内的表面上。 除去水蒸气和二氧化碳有两种基本方法 - “分子筛单元”和“可逆转换器”。 进入的空气在“热端”热交换器中冷却到足够低的温度，使得水蒸汽和二氧化碳冷冻到热交换器的壁上。频繁地，一组阀门反转空气和废气通道的负荷。切换后，非常干燥，部分温热的废气使水蒸发，并使在空气冷却期间沉积的二氧化碳冰升华。这些气体返回大气，在完全除去后，换向热交换器准备好再次通过负荷。 当使用可逆热交换器时，安装冷吸收单元以除去任何进入蒸馏系统的烃。（当使用分子筛“前端”时，在PPU中除去烃类杂质以及水蒸气和二氧化碳。） 低温空气分离的下一步是在产品和废气流与进入的空气之间进行额外的转移，这使得空气进料达到低温（大约-300华氏度或-185摄氏度）。 这种冷却发生在钎焊铝热交换器中，该热交换器在进入的空气进料和冷产物与离开低温蒸馏过程的废气流之间进行热交换。将离开的气流加热至接近环境的空气温度。从气态产物流和废物流中回收制冷最小化了工厂必须产生的制冷量。 低温蒸馏所需的非常低的温度是通过制冷过程产生的，该制冷过程包括一个或多个高压过程流的膨胀。 低温空气分离/产物纯化过程的下一步是蒸馏，其将空气分离成所需产物。 为了使氧气作为产物，蒸馏系统使用两个串联的蒸馏塔。这些通常被称为“高”和“低”压力柱（或者，“低”和“上”柱）。 氮植物可能只有一个柱子，尽管一些非常高纯度的植物可能有两个柱子。每个蒸馏塔的顶部;氧气从底部离开。初始（高压）塔中产生的不纯氧气在第二个低压塔中进一步纯化，当它是所需产品时。如果需要超纯氮气，上压或低压塔用于基本上消除在蒸馏的第一阶段中未除去的所有氧气。 氩气具有与氧气相似的沸点，如果仅需要氧气和氮气作为产品，它将优先与氧气产品保持一致。在简单的双塔系统中，这将氧气纯度限制在最大约97％。如果低纯度氧气是可接受的（例如用于燃烧富集），则氧气纯度可低至95％。然而，如果需要高纯度氧气，则必须从蒸馏系统中除去氩气。 氩气- [R emoval，需要或期望时，发生在在低压塔是氩的浓度为最高的点。除去的氩气在另外的“侧取”粗氩蒸馏塔中处理，该塔与低压塔整合。可以排出除去的不纯（或“粗”）氩气流，在现场进一步处理以除去氧气和氮气以变成“纯”氩气，或者作为液体收集并运输到远程“氩精炼厂”。选择主要取决于可用氩的数量和各种替代品的经济分析。作为一般规则，当每天生产至少100吨氧气时，氩气净化在经济上是最可行的。 通过多步骤方法由粗氩产生纯氩。传统方法是在“去氧”单元中除去粗氩中存在的2％至3％的氧; 这是一组小的多步骤过程，它在含催化剂的容器中将氧气与氢气化学结合，然后在分子筛干燥器中除去生成的水（冷却后）。得到的无氧氩气流在“纯氩”蒸馏塔中进一步处理，以除去残留的氮和未反应的氢。 填充塔蒸馏技术的进步创造了第二种氩气生产选择，即 完全低温氩气回收，其使用非常高（但小直径）的蒸馏塔来进行难以进行的氩/氧分离。由于氧气和氩气之间的沸点差异相对较小，蒸馏氩需要许多阶段的蒸馏。 工厂可以产生的氩气量受蒸馏系统中加工的氧气量的限制; 加上一些影响恢复百分比的其他变量。这些包括作为液体产生的氧气量和工厂操作条件的稳定性。由于空气中天然气体的比例，氩气产量不能超过氧气进料速率（按体积计）的4.4％或5.5％（重量）。 从空气分离塔出来 的冷气态产物和废物流通过前端热交换器返回。当它们被加热到接近环境温度时，它们会冷却进入的空气。 如前所述，进料和产物流之间的热交换使工厂的净制冷负荷最小化，因此能量消耗最小化。 在低温温度水平下产生制冷，以补偿热量泄漏到冷设备中以及进入和流出的气流之间的不完美的热交换。 低温空气分离设备使用的制冷循环原则上类似于家用和汽车空调系统中使用的制冷循环。一个或多个高压流（可以是氮气，废气，进料气体或产品气体，取决于设备的类型）的压力降低，这使流冷却。为了最大化冷却和设备能量效率，减压（或膨胀）发生在膨胀机内（涡轮机的一种形式）。在膨胀期间从气流中去除能量比在阀门上简单膨胀的情况下降低其温度。膨胀机产生的能量可用于驱动过程压缩机，发电机或其他耗能装置，例如油泵或鼓风机。 来自低温氧气设备/空气分离装置的气态产物通常在接近大气温度但在相对低的压力下离开冷箱（包含蒸馏塔和在非常低温下操作的其他设备的隔热容器）。通常只有一个大气层（绝对）。通常，输送压力越低，分离和纯化过程的效率越高。 虽然较低的压力有利于较低的分离功率要求，但如果产品必须在较高压力下输送，则需要产品压缩机或者可以使用各种循环选项中的一种来直接从冷箱输送更高输送压力的氮气或氧气。通过消除产品压缩机及其功率，这些较高的输送压力过程总体而言比分离然后压缩更具成本效益。 | 
