空分問答一共70題，分為以下幾篇文章：
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61． 全低壓空分流程有何優點?
62． 什么叫臨界轉速?及其危害?
63． 什么叫喘振?它是什么原因引起的?
64．什么是全精餾制氬？
65．空氣中含有那些稀有氣體，他們有何用途？
66．氧化亞氮對空分設備有何危害？
67．稀有氣體在空分塔中是如何分布的？
68．氬在精餾塔內分布在什么部位，它的分布受什么因素影響？
69．為什么氬餾分抽口不能設在含氬量最大的部位？
70．粗氬塔怎樣投入，操作中應注意哪些問題？
61． 全低壓空分流程有何優點?
答：(1) 大型空分裝置，采用此流程，使得單位產品能耗大量降低；
(2) 空壓機和膨脹機均可采用高效率的透平機械，不但節省了能耗，還便于操作，運行安全，連續運轉時間長；
(3) 由于壓力低，在分離空氣時，氣液相的濃度差大，這樣在相同塔板時可以得到純度更高的氣體；
(4) 由于壓力低，不但可以減少設備投資，并且管道不易泄漏，保證運轉安全；
(5)由于壓力低，使分子篩再生變得更徹底。
因此幾乎所有的大型氧裝置均采用全低壓流程。
62． 什么叫臨界轉速?及其危害?
答：臨界轉速是指接近于或等于轉子固有頻率時的轉速。裝于軸上的葉輪構成轉子雖作過精細的動平衡，但仍不可能沒有偏心，并且軸有一定的撓度，主軸的幾何中心與轉子的重心不可能完全重合，在旋轉時就產生周期變化的離心力，這個力的變化頻率與轉子的轉速成正比。當離心力引起的振動頻率和轉子的固有頻率一致對，發生的振動最大，叫共振，這時所對應的轉速就叫臨界轉速，轉子產生強烈的振動甚至折斷。
一個轉子有幾個臨界轉速，分別叫一階臨界轉速，二階臨界轉速……。臨界轉速的大小與軸的結構、粗細、葉輪重量及位置、軸的支承方式等有關，可通過理論計算求得。
壓縮機的工作轉速要遠離臨界轉速，以免發生共振，一般透平壓縮機的工作轉速超過一階臨界轉速(大于1．3倍，一階臨界轉速)，而低于二階臨界轉速(小于0．7倍二階臨界轉速)，這種軸稱柔性軸，工作轉速低于一階臨界轉速的軸叫剛性軸．一般透平膨脹機是采用的剛性軸，對于柔性軸的離心式壓縮機來說，如采用汽輪機拖動時，啟動后在升速的過程中，要注意一階臨界轉速的范圍，應盡快越過臨界轉速，以免發生共振。
63． 什么叫喘振?它是什么原因引起的?
答：當壓縮機進氣量減小到一定程度時，就會出現旋轉脫離，如果進一步減小流量，在葉片背面將形成很大的渦流區氣流分離層擴及整個通道。以致充滿整個葉道而把通道阻塞，氣流不能順利地流過葉道，這時流動嚴重惡化，使壓縮機出口壓力突然大大下降。由于壓縮機總是和管網系統聯合工作的，這時管網中的壓力并不馬上降低，于是管網中的壓力就反而大于壓縮機出口處的壓力，因而管網中的氣體就倒流向壓縮機，一直到管網中壓力下降至低于壓縮機的出口壓力為止。這時倒流停止，壓縮機又開始向管網供氣，經過壓縮機的流量又增大。壓縮機又恢復正常工作。但當管網中的壓力又恢復到原來的壓力時，壓縮機的流量又減小，系統中的氣體又產生倒流，如此周而復始，就在整個系統產生了周期性的氣流振蕩現象，稱為“喘振”。
原因：（1）壓縮機的實際運行流量小于喘振流量(最小允許流量)
（2）壓縮機出口壓力小于管網系統壓力。
64．什么是全精餾制氬？
答：所謂全精餾制氬，即全部用精餾的方法除去氬餾分中的氧和氮。氧和氬的分離是在粗氬塔中完成的，為了降低粗氬塔的高度，一般采用二段精餾塔。含氬約為 9.18%的氬餾分經一段粗氬塔精餾后，氧含量降至約2.5%，繼續進入二段粗氬塔精餾，在二段粗氬塔頂得到含氧小于2PPm的粗氬氣（98.5%氬、 1.5%氮）。粗氬氣再進入精氬塔精餾，進行氬和氮的分離。在精氬塔底部得到含氧量小于2PPm、含氮量小于3PPm的液態純氬。
65．空氣中含有那些稀有氣體，他們有何用途？
答：空氣中除含氧、氮、氬外，還含有極少量的氖、氦、氪、氙等稀有氣體。按體積分數計，氖約占１５PPm~18PPm，氦占4.6PPm～5.3PPm。氪只有1.08PPm，氙占0.08PPm，俗稱“黃金氣體”。
氖、氦的液化溫度很低，在常壓下氖的液化溫度為27.26k，氦約為4.21k。氖具有很大的惰性，液氖作為低溫實驗室的冷卻劑十分安全。在液氖溫度下，導體將失去電阻，電流通過時無損失，形成“超導電性”，可制成超導電機。因此，隨著超低溫技術的發展，液氦將起到越來越重要的作用。
氖氣充填在燈泡中呈紅色，長期被用來充填氖信號裝置及各種放電管，還廣泛用于激光技術、紅外線檢測等方面。
氖氣的氣化潛熱比氦氣大40倍，因而可以作為超低溫的制冷劑，其最低溫度為－245.9攝氏度。氖、氦氣體還可用于多孔物質的真密度和表面積的測量。
氪、氙主要用于電光源方面。氪、氙、氬混合氣體充裝的燈泡體積小、壽命長、效率高。一般比白熾燈的效率高４～５倍，壽命可增加２～３倍。閃光燈、頻閃觀測器等都應用氪、限氣。由于氙燈的放電強度超過太陽光的放電強度，所以用氙氣充填的長弧氬燈，俗稱“小太陽”，其穿霧能力極強，可用于機場、車站、碼頭等處的照明，也可應用于戰場上。
另外，氙氣的分子量較大，有很強的麻醉作用，在醫學上是最理想的麻醉劑。氙還具有不透過Ｘ射線的性質，被用于腦Ｘ光攝影的造影劑，也應用于遮蔽Ｘ射線。
66．氧化亞氮對空分設備有何危害？
答：氧化亞氮的分子式為N2O，也叫一氧化二氮，俗稱“笑氣”。大氣中的氧化亞氮濃度約為３×１０－９。隨著生態環境的惡化，它的含量以每年０．２％～０．３％的速度增加。
土壤微生物在土壤及海洋中的氧化和脫氮活動生成的氧化亞氮占大氣中氧化亞氮含量的三分之一，另外三分之二的是人為生成的。例如：礦物燃料、生物體、廢棄物的燃燒、污水處理、發酵源、汽車廢氣等都會導致N2O的生成。在N2O生成源附近，大氣中N2O的含量可達到3PPm以上。雖然N2O的化學性質不活潑，既不會產生腐蝕，也不會發生爆炸，但是它的物理性質對空氣分離具有危害。它的臨界溫度為309.7k，臨界壓力為7.27MPa，其三相點是 182.3k、0.088MPa。在空氣分離裝置的壓力和溫度的條件下，它具有升華性質。在常壓下，其沸點為185k，比N2、O2、Ar的沸點都高，因而，在氧、氮分離過程中，它將濃縮于液氧中。
在精餾塔中，因為N2O相對N2、O2、Ar組分為高沸點組分，故它將溶解在液氧中，致使在上塔底無法獲得高純度的液氧和氣氧產品。據測定，氧產品純度為 99.5％時，N2O的平均含量為１.４PPm．并且，在液氧排放不充分時，N2O在液氧中不斷積累，當液氧中的N2O含量大于50PPm時，就會呈固態析出，阻塞主冷凝蒸發器通道。
由于環境的問題，空氣中的N2O的濃度不斷增加。況且電子等行業對氧產品的純度要求越來越高（99.99％~99.9999％），因此，對加工空氣中的 N2O的清除比過去更重要。較好的清除方法是尋找合適的分子篩，在分子篩純化器中將加工空氣中的H2O、CO2、C2H2、N2O共吸附而清除。
67．稀有氣體在空分塔中是如何分布的？
答：稀有氣體是指氬、氖、氦、氪、氙氣。由于它們的沸點不同，在空氣中的含量又相差懸殊，所以各組分匯集在精餾塔中的不同部位，分布情況見圖６２。氪、氙的沸點最高（在標準大氣壓下，氪的沸點為：-152.9攝氏度、氙的沸點為：-108.1攝氏度），隨加工空氣進入下塔后，氪、氙均冷凝在下塔液空中。再隨液空經節流閥進入上塔，逐板下流匯集于上塔底部的液氧及氣氧中。因此，若想從空分裝置提取氪、氙，通常是將產品氧引入氪塔，用精餾法制取貧氪、氙原料氣。
氖的沸點（-245.9攝氏度），氦的沸點（-268.9攝氏度）相對氦組分要低得多。所以，加工空氣中的氖、氦組分總和低沸點的氮組分在一起。加工空氣進入下塔后，氖、氦組分隨氮組分一起上升到主冷凝蒸發器的氮側，氣氮被冷凝，而氖、氦由于沸點低，尚不能冷凝，在主冷中成為“不凝性氣體”。因此，可從主冷氮側的頂部引出，作為提取氖、氦的原料氣。
氬的沸點為-185.7攝氏度，介于氧、氮沸點之間，且接近于氧。進入下塔空氣中的氬大部分隨液空進入上塔，小部分隨液氮進入上塔，在上塔的精餾段和提餾均有氬組分的富集區。精餾段的上部主要是氮、氬分離。提餾段的下部主要是氧、氬分離。
68．氬在精餾塔內分布在什么部位，它的分布受什么因素影響？
答：空氣中氬的體積分數為0.932％，它的沸點介于氧、氮之間。當它進入下塔并沿塔板逐塊上升時，由于氬、氧相對氮來說難揮發組分，它們要比氮更多地冷凝到液相中去。通常，氣相中的氬濃度應逐漸降低，但是，由于空氣中含氧量比氬大的多，而且氧與氬相比又是難揮發組分，因此，氧比氬更多地冷凝到液相中去，所以在最初的幾塊塔板上，氣相含氬濃度相對地有所提高。但隨著氧的大量冷凝，氣相含氧量減少，氬冷凝相對逐漸增減，因此，氣相含氬量逐漸減少，到塔頂后只有百分之零點幾的含量。由于氧、氬對氮來說是難揮發組分，它們比氮更多地冷凝到液相中去，所以液相的含氧、氬濃度大于氣相的含量。由于液空中氮還占６０％左右，因此，氬大部分冷凝在液空中。一般來說，下塔液空中含氬在1.3％~1.6％，液氮中含氬才百分之零點幾。
上塔中在液空進料口上、下分別有兩個富氬區。原因是含氬1.3％~1.6％的液空從液空進料口下流時，在塔板上遇到上升的蒸汽，有部分液體要蒸發出來。其中，易揮發組分氮要比氧、氬更多地蒸發到氣相中去，所以液相的氧、氬濃度逐漸提高。但是，經過一定數量的塔板，液相中的氮基本蒸發完了，剩下的僅有氧、氬組分，液體再往下流實際上是進行氧、氬分離了。由于氬對氧來說是易揮發組分，在下流過程中氬比氧蒸發的多，因此液體中含氬量又逐漸減少，這樣就形成液空進料口以下的富氬區。
提餾段的上升蒸汽和液空節流后的蒸汽中都含有一定數量的氬。蒸汽在上升過程中遇到下流的冷液體后，就有部分蒸汽要冷凝成液體。其中難揮發組分氧、氬要比氮更多地冷凝到液相中去，因此氣相中氬含量本應逐漸減少，但因為氣相中的氧的含量大于氬，而且氧對氬來說是難揮發組分，所以氧比氬更多地冷凝到液相中去，因而在最初的幾塊塔板處氬的濃度相對有所提高。隨著氧的大量冷凝，氬冷凝量相對增加，氣相中氬的含量逐漸減少。這樣就形成了液空進料口以上的富氬區。
氬在上塔的分布是隨氧、氮產品和濃度的變化而變化。氧產量減少，氧的純度就要提高，此時富氬區就往上移，即精餾段的富氬區的含氬量要增高，而提餾段富氬區的含氬量減少。這是因為在同一塊塔板上氣相中的氧、氬、氮含量的總和應該是100％，液相中氧、氬、氮含量的總和也是100％。如果產品氧的純度提高了，也就是說提餾段每塊塔板上氣相和液相的含氧濃度增加，而氧、氬、氮三者之和是100％，因此氬、氮含量必然減少。有由于空氣中的含氬量是一定的，提餾段的含氬量減少，精餾段的含氬量必然相應增加。如果氮產量減少，氮的濃度就要提高，此時富氬段要下移。即精餾段的富氬區含氬量要減少，提餾段富氬區的含氬量要增加。
69．為什么氬餾分抽口不能設在含氬量最大的部位？
答：從氬在上塔的分布圖可以看出，在上塔有兩個富氬區：一個在精餾段（液空進料口以上），一個是提餾段（液空進料口以下）。通常，提餾段富氬區的氣相氬濃度比精餾段富氬區的高。從分布圖還可看出：在整個精餾段富氬區中均含有氧、氬、氮３種組分；而提餾段富氬區，在上部含有氧、氬、氮３種組分，而在下部僅含有氧、氬兩種組分。
由此可見，在制氬時，氬餾分抽出口設在提餾段富氬區是比較有利的。但是，抽口為什么不設在提餾段氬餾分最大的地方呢？這是因為在粗氬塔中進行氧、氬分離，氣氬餾分中的氧在上升過程中絕大部分都被冷凝下來，而低費點的氮組分是不冷凝的，將全部留在粗氬中，致使粗氬中的含氮量將比氬餾分中的含氮量達十幾倍。因此，如果氬餾分含氮量太多，一則使粗氬純度降低，而且會導致粗氬冷凝器的溫差減小，甚至使溫差為零（即產生“氣塞”），此時粗氬塔便停止工作。并且，粗氬中含氮過多將給制取精氬帶來困難，所以氬餾分的抽口應該設在含氮盡量少的地方。一般含氮不應超過0.06％。從氬在上塔分布圖看出，在提餾段富氬區含量最高的地方，還含有較多的氮組分。因此寧可將氬餾分抽口設在氬餾分含量最大的位置稍低的地方。氬餾分的含量為：含氬８％～１０％，含氧９０％～９１％，含氮小于0.1％。
70．粗氬塔怎樣投入，操作中應注意哪些問題？
答：粗氬塔的原料起及冷源來自主塔又返回主塔，所以粗氬塔與主塔是密切相關、互相影響的。粗氬塔的投入需有以下條件：
（１）主塔工況穩定；
（２）氧、氮產品的產量和質量接近或達到正常值；
（３）氬餾分的含氬量接近正常；
（４）主冷液位較高，有充足的冷量；
粗氬塔投入過程中，首先引出氬餾分預冷粗氬塔，然后逐漸將液空送入粗氬冷凝器。隨著粗氬塔的冷卻，粗氬塔逐漸建立起精餾工況。其標志是粗氬塔的阻力、粗氬的純度、氬餾分的取出量不斷增加，直至達到正常指標。開始時，主冷液位可能略有下降，隨著粗氬塔精餾的建立，主冷液位將會恢復。
操作時應注意以下問題：
（１）氬在上塔的富集情況不是固定不變的，氧、氮產品純度變化時，氬在上塔的分布將發生變化，氬餾分的組成也隨之改變。氧純度的變化對氬餾分組成的影響比較敏感，氧純度變化0.1％，氬餾分的氬含量將變化0.8％~1％。氧純度高，富氬區將上移，餾分的含氬量下降。因此，應保持適宜的氧純度，并保持穩定，以獲得含氬量較高的餾分氣；
（２）主冷液位的波動也會影響餾分的組成和取出量。經驗表明，主冷液位波動為5~10 cm，粗氬塔就會出現明顯的反映；
（３）防止粗氬冷凝器發生氬凍結。由于操作調節不當，液空溫度過低，冷凝器溫差增大，就會在冷凝表面有氬固化．這是冷凝量減少，氬餾分的組成以及主塔提餾段的回流比都將改變，破壞了主塔的精餾。出現這種情況應首先停止粗氬塔的工作，提高粗氬冷凝器的溫度。待解凍后重新逐漸將粗氬塔投入；
（４）注意餾分中的氮含量。當氮含量超過0.1％是不但會使餾分的冷凝困難，還會是粗氬的氮含量增高，影響精氬塔的工作。因此餾分中的氮含量一般不得大于0.01％。
總之，粗氬塔的投入的操作應該是逐漸增加粗氬冷凝器的負荷，過快的操作將適得其反，使整個系統發生波動。
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61． 全低壓空分流程有何優點?
62． 什么叫臨界轉速?及其危害?
63． 什么叫喘振?它是什么原因引起的?
64．什么是全精餾制氬？
65．空氣中含有那些稀有氣體，他們有何用途？
66．氧化亞氮對空分設備有何危害？
67．稀有氣體在空分塔中是如何分布的？
68．氬在精餾塔內分布在什么部位，它的分布受什么因素影響？
69．為什么氬餾分抽口不能設在含氬量最大的部位？
70．粗氬塔怎樣投入，操作中應注意哪些問題？
61． 全低壓空分流程有何優點?
答：(1) 大型空分裝置，采用此流程，使得單位產品能耗大量降低；
(2) 空壓機和膨脹機均可采用高效率的透平機械，不但節省了能耗，還便于操作，運行安全，連續運轉時間長；
(3) 由于壓力低，在分離空氣時，氣液相的濃度差大，這樣在相同塔板時可以得到純度更高的氣體；
(4) 由于壓力低，不但可以減少設備投資，并且管道不易泄漏，保證運轉安全；
(5)由于壓力低，使分子篩再生變得更徹底。
因此幾乎所有的大型氧裝置均采用全低壓流程。
62． 什么叫臨界轉速?及其危害?
答：臨界轉速是指接近于或等于轉子固有頻率時的轉速。裝于軸上的葉輪構成轉子雖作過精細的動平衡，但仍不可能沒有偏心，并且軸有一定的撓度，主軸的幾何中心與轉子的重心不可能完全重合，在旋轉時就產生周期變化的離心力，這個力的變化頻率與轉子的轉速成正比。當離心力引起的振動頻率和轉子的固有頻率一致對，發生的振動最大，叫共振，這時所對應的轉速就叫臨界轉速，轉子產生強烈的振動甚至折斷。
一個轉子有幾個臨界轉速，分別叫一階臨界轉速，二階臨界轉速……。臨界轉速的大小與軸的結構、粗細、葉輪重量及位置、軸的支承方式等有關，可通過理論計算求得。
壓縮機的工作轉速要遠離臨界轉速，以免發生共振，一般透平壓縮機的工作轉速超過一階臨界轉速(大于1．3倍，一階臨界轉速)，而低于二階臨界轉速(小于0．7倍二階臨界轉速)，這種軸稱柔性軸，工作轉速低于一階臨界轉速的軸叫剛性軸．一般透平膨脹機是采用的剛性軸，對于柔性軸的離心式壓縮機來說，如采用汽輪機拖動時，啟動后在升速的過程中，要注意一階臨界轉速的范圍，應盡快越過臨界轉速，以免發生共振。
63． 什么叫喘振?它是什么原因引起的?
答：當壓縮機進氣量減小到一定程度時，就會出現旋轉脫離，如果進一步減小流量，在葉片背面將形成很大的渦流區氣流分離層擴及整個通道。以致充滿整個葉道而把通道阻塞，氣流不能順利地流過葉道，這時流動嚴重惡化，使壓縮機出口壓力突然大大下降。由于壓縮機總是和管網系統聯合工作的，這時管網中的壓力并不馬上降低，于是管網中的壓力就反而大于壓縮機出口處的壓力，因而管網中的氣體就倒流向壓縮機，一直到管網中壓力下降至低于壓縮機的出口壓力為止。這時倒流停止，壓縮機又開始向管網供氣，經過壓縮機的流量又增大。壓縮機又恢復正常工作。但當管網中的壓力又恢復到原來的壓力時，壓縮機的流量又減小，系統中的氣體又產生倒流，如此周而復始，就在整個系統產生了周期性的氣流振蕩現象，稱為“喘振”。
原因：（1）壓縮機的實際運行流量小于喘振流量(最小允許流量)
（2）壓縮機出口壓力小于管網系統壓力。
64．什么是全精餾制氬？
答：所謂全精餾制氬，即全部用精餾的方法除去氬餾分中的氧和氮。氧和氬的分離是在粗氬塔中完成的，為了降低粗氬塔的高度，一般采用二段精餾塔。含氬約為 9.18%的氬餾分經一段粗氬塔精餾后，氧含量降至約2.5%，繼續進入二段粗氬塔精餾，在二段粗氬塔頂得到含氧小于2PPm的粗氬氣（98.5%氬、 1.5%氮）。粗氬氣再進入精氬塔精餾，進行氬和氮的分離。在精氬塔底部得到含氧量小于2PPm、含氮量小于3PPm的液態純氬。
65．空氣中含有那些稀有氣體，他們有何用途？
答：空氣中除含氧、氮、氬外，還含有極少量的氖、氦、氪、氙等稀有氣體。按體積分數計，氖約占１５PPm~18PPm，氦占4.6PPm～5.3PPm。氪只有1.08PPm，氙占0.08PPm，俗稱“黃金氣體”。
氖、氦的液化溫度很低，在常壓下氖的液化溫度為27.26k，氦約為4.21k。氖具有很大的惰性，液氖作為低溫實驗室的冷卻劑十分安全。在液氖溫度下，導體將失去電阻，電流通過時無損失，形成“超導電性”，可制成超導電機。因此，隨著超低溫技術的發展，液氦將起到越來越重要的作用。
氖氣充填在燈泡中呈紅色，長期被用來充填氖信號裝置及各種放電管，還廣泛用于激光技術、紅外線檢測等方面。
氖氣的氣化潛熱比氦氣大40倍，因而可以作為超低溫的制冷劑，其最低溫度為－245.9攝氏度。氖、氦氣體還可用于多孔物質的真密度和表面積的測量。
氪、氙主要用于電光源方面。氪、氙、氬混合氣體充裝的燈泡體積小、壽命長、效率高。一般比白熾燈的效率高４～５倍，壽命可增加２～３倍。閃光燈、頻閃觀測器等都應用氪、限氣。由于氙燈的放電強度超過太陽光的放電強度，所以用氙氣充填的長弧氬燈，俗稱“小太陽”，其穿霧能力極強，可用于機場、車站、碼頭等處的照明，也可應用于戰場上。
另外，氙氣的分子量較大，有很強的麻醉作用，在醫學上是最理想的麻醉劑。氙還具有不透過Ｘ射線的性質，被用于腦Ｘ光攝影的造影劑，也應用于遮蔽Ｘ射線。
66．氧化亞氮對空分設備有何危害？
答：氧化亞氮的分子式為N2O，也叫一氧化二氮，俗稱“笑氣”。大氣中的氧化亞氮濃度約為３×１０－９。隨著生態環境的惡化，它的含量以每年０．２％～０．３％的速度增加。
土壤微生物在土壤及海洋中的氧化和脫氮活動生成的氧化亞氮占大氣中氧化亞氮含量的三分之一，另外三分之二的是人為生成的。例如：礦物燃料、生物體、廢棄物的燃燒、污水處理、發酵源、汽車廢氣等都會導致N2O的生成。在N2O生成源附近，大氣中N2O的含量可達到3PPm以上。雖然N2O的化學性質不活潑，既不會產生腐蝕，也不會發生爆炸，但是它的物理性質對空氣分離具有危害。它的臨界溫度為309.7k，臨界壓力為7.27MPa，其三相點是 182.3k、0.088MPa。在空氣分離裝置的壓力和溫度的條件下，它具有升華性質。在常壓下，其沸點為185k，比N2、O2、Ar的沸點都高，因而，在氧、氮分離過程中，它將濃縮于液氧中。
在精餾塔中，因為N2O相對N2、O2、Ar組分為高沸點組分，故它將溶解在液氧中，致使在上塔底無法獲得高純度的液氧和氣氧產品。據測定，氧產品純度為 99.5％時，N2O的平均含量為１.４PPm．并且，在液氧排放不充分時，N2O在液氧中不斷積累，當液氧中的N2O含量大于50PPm時，就會呈固態析出，阻塞主冷凝蒸發器通道。
由于環境的問題，空氣中的N2O的濃度不斷增加。況且電子等行業對氧產品的純度要求越來越高（99.99％~99.9999％），因此，對加工空氣中的 N2O的清除比過去更重要。較好的清除方法是尋找合適的分子篩，在分子篩純化器中將加工空氣中的H2O、CO2、C2H2、N2O共吸附而清除。
67．稀有氣體在空分塔中是如何分布的？
答：稀有氣體是指氬、氖、氦、氪、氙氣。由于它們的沸點不同，在空氣中的含量又相差懸殊，所以各組分匯集在精餾塔中的不同部位，分布情況見圖６２。氪、氙的沸點最高（在標準大氣壓下，氪的沸點為：-152.9攝氏度、氙的沸點為：-108.1攝氏度），隨加工空氣進入下塔后，氪、氙均冷凝在下塔液空中。再隨液空經節流閥進入上塔，逐板下流匯集于上塔底部的液氧及氣氧中。因此，若想從空分裝置提取氪、氙，通常是將產品氧引入氪塔，用精餾法制取貧氪、氙原料氣。
氖的沸點（-245.9攝氏度），氦的沸點（-268.9攝氏度）相對氦組分要低得多。所以，加工空氣中的氖、氦組分總和低沸點的氮組分在一起。加工空氣進入下塔后，氖、氦組分隨氮組分一起上升到主冷凝蒸發器的氮側，氣氮被冷凝，而氖、氦由于沸點低，尚不能冷凝，在主冷中成為“不凝性氣體”。因此，可從主冷氮側的頂部引出，作為提取氖、氦的原料氣。
氬的沸點為-185.7攝氏度，介于氧、氮沸點之間，且接近于氧。進入下塔空氣中的氬大部分隨液空進入上塔，小部分隨液氮進入上塔，在上塔的精餾段和提餾均有氬組分的富集區。精餾段的上部主要是氮、氬分離。提餾段的下部主要是氧、氬分離。
68．氬在精餾塔內分布在什么部位，它的分布受什么因素影響？
答：空氣中氬的體積分數為0.932％，它的沸點介于氧、氮之間。當它進入下塔并沿塔板逐塊上升時，由于氬、氧相對氮來說難揮發組分，它們要比氮更多地冷凝到液相中去。通常，氣相中的氬濃度應逐漸降低，但是，由于空氣中含氧量比氬大的多，而且氧與氬相比又是難揮發組分，因此，氧比氬更多地冷凝到液相中去，所以在最初的幾塊塔板上，氣相含氬濃度相對地有所提高。但隨著氧的大量冷凝，氣相含氧量減少，氬冷凝相對逐漸增減，因此，氣相含氬量逐漸減少，到塔頂后只有百分之零點幾的含量。由于氧、氬對氮來說是難揮發組分，它們比氮更多地冷凝到液相中去，所以液相的含氧、氬濃度大于氣相的含量。由于液空中氮還占６０％左右，因此，氬大部分冷凝在液空中。一般來說，下塔液空中含氬在1.3％~1.6％，液氮中含氬才百分之零點幾。
上塔中在液空進料口上、下分別有兩個富氬區。原因是含氬1.3％~1.6％的液空從液空進料口下流時，在塔板上遇到上升的蒸汽，有部分液體要蒸發出來。其中，易揮發組分氮要比氧、氬更多地蒸發到氣相中去，所以液相的氧、氬濃度逐漸提高。但是，經過一定數量的塔板，液相中的氮基本蒸發完了，剩下的僅有氧、氬組分，液體再往下流實際上是進行氧、氬分離了。由于氬對氧來說是易揮發組分，在下流過程中氬比氧蒸發的多，因此液體中含氬量又逐漸減少，這樣就形成液空進料口以下的富氬區。
提餾段的上升蒸汽和液空節流后的蒸汽中都含有一定數量的氬。蒸汽在上升過程中遇到下流的冷液體后，就有部分蒸汽要冷凝成液體。其中難揮發組分氧、氬要比氮更多地冷凝到液相中去，因此氣相中氬含量本應逐漸減少，但因為氣相中的氧的含量大于氬，而且氧對氬來說是難揮發組分，所以氧比氬更多地冷凝到液相中去，因而在最初的幾塊塔板處氬的濃度相對有所提高。隨著氧的大量冷凝，氬冷凝量相對增加，氣相中氬的含量逐漸減少。這樣就形成了液空進料口以上的富氬區。
氬在上塔的分布是隨氧、氮產品和濃度的變化而變化。氧產量減少，氧的純度就要提高，此時富氬區就往上移，即精餾段的富氬區的含氬量要增高，而提餾段富氬區的含氬量減少。這是因為在同一塊塔板上氣相中的氧、氬、氮含量的總和應該是100％，液相中氧、氬、氮含量的總和也是100％。如果產品氧的純度提高了，也就是說提餾段每塊塔板上氣相和液相的含氧濃度增加，而氧、氬、氮三者之和是100％，因此氬、氮含量必然減少。有由于空氣中的含氬量是一定的，提餾段的含氬量減少，精餾段的含氬量必然相應增加。如果氮產量減少，氮的濃度就要提高，此時富氬段要下移。即精餾段的富氬區含氬量要減少，提餾段富氬區的含氬量要增加。
69．為什么氬餾分抽口不能設在含氬量最大的部位？
答：從氬在上塔的分布圖可以看出，在上塔有兩個富氬區：一個在精餾段（液空進料口以上），一個是提餾段（液空進料口以下）。通常，提餾段富氬區的氣相氬濃度比精餾段富氬區的高。從分布圖還可看出：在整個精餾段富氬區中均含有氧、氬、氮３種組分；而提餾段富氬區，在上部含有氧、氬、氮３種組分，而在下部僅含有氧、氬兩種組分。
由此可見，在制氬時，氬餾分抽出口設在提餾段富氬區是比較有利的。但是，抽口為什么不設在提餾段氬餾分最大的地方呢？這是因為在粗氬塔中進行氧、氬分離，氣氬餾分中的氧在上升過程中絕大部分都被冷凝下來，而低費點的氮組分是不冷凝的，將全部留在粗氬中，致使粗氬中的含氮量將比氬餾分中的含氮量達十幾倍。因此，如果氬餾分含氮量太多，一則使粗氬純度降低，而且會導致粗氬冷凝器的溫差減小，甚至使溫差為零（即產生“氣塞”），此時粗氬塔便停止工作。并且，粗氬中含氮過多將給制取精氬帶來困難，所以氬餾分的抽口應該設在含氮盡量少的地方。一般含氮不應超過0.06％。從氬在上塔分布圖看出，在提餾段富氬區含量最高的地方，還含有較多的氮組分。因此寧可將氬餾分抽口設在氬餾分含量最大的位置稍低的地方。氬餾分的含量為：含氬８％～１０％，含氧９０％～９１％，含氮小于0.1％。
70．粗氬塔怎樣投入，操作中應注意哪些問題？
答：粗氬塔的原料起及冷源來自主塔又返回主塔，所以粗氬塔與主塔是密切相關、互相影響的。粗氬塔的投入需有以下條件：
（１）主塔工況穩定；
（２）氧、氮產品的產量和質量接近或達到正常值；
（３）氬餾分的含氬量接近正常；
（４）主冷液位較高，有充足的冷量；
粗氬塔投入過程中，首先引出氬餾分預冷粗氬塔，然后逐漸將液空送入粗氬冷凝器。隨著粗氬塔的冷卻，粗氬塔逐漸建立起精餾工況。其標志是粗氬塔的阻力、粗氬的純度、氬餾分的取出量不斷增加，直至達到正常指標。開始時，主冷液位可能略有下降，隨著粗氬塔精餾的建立，主冷液位將會恢復。
操作時應注意以下問題：
（１）氬在上塔的富集情況不是固定不變的，氧、氮產品純度變化時，氬在上塔的分布將發生變化，氬餾分的組成也隨之改變。氧純度的變化對氬餾分組成的影響比較敏感，氧純度變化0.1％，氬餾分的氬含量將變化0.8％~1％。氧純度高，富氬區將上移，餾分的含氬量下降。因此，應保持適宜的氧純度，并保持穩定，以獲得含氬量較高的餾分氣；
（２）主冷液位的波動也會影響餾分的組成和取出量。經驗表明，主冷液位波動為5~10 cm，粗氬塔就會出現明顯的反映；
（３）防止粗氬冷凝器發生氬凍結。由于操作調節不當，液空溫度過低，冷凝器溫差增大，就會在冷凝表面有氬固化．這是冷凝量減少，氬餾分的組成以及主塔提餾段的回流比都將改變，破壞了主塔的精餾。出現這種情況應首先停止粗氬塔的工作，提高粗氬冷凝器的溫度。待解凍后重新逐漸將粗氬塔投入；
（４）注意餾分中的氮含量。當氮含量超過0.1％是不但會使餾分的冷凝困難，還會是粗氬的氮含量增高，影響精氬塔的工作。因此餾分中的氮含量一般不得大于0.01％。
總之，粗氬塔的投入的操作應該是逐漸增加粗氬冷凝器的負荷，過快的操作將適得其反，使整個系統發生波動。
