[发明专利]一种多级离心空气分离机

说明书

所属技术领域

本发明涉及一种空气离心分离技术，尤其是使用离心分离原理实现的多个离心分离机串联形成的一种多级空气离心分离机，将空气中的氧气气体逐级提纯，以用于富氧燃烧、医疗保健等多个需要富氧的领域。 

背景技术

目前，分离空气常用的方法有以下三种： 

一、低温法 

先将空气通过压缩、膨胀降温，直至空气液化，再利用氧、氮的气化温度(沸点)不同(在大气压力下，氧的沸点为90K，氮的沸点为77K)，沸点低的氮相对于氧要容易气化这个特性，在精馏塔内让温度较高的蒸气与温度较低的液体不断相互接触，液体中的氮较多地蒸发，气体中的氧较多地冷凝，使上升蒸气中的含氮量不断提高，下流液体中的含氧量不断增大，以此实现将空气分离。要将空气液化，需将空气冷却到100K以下的温度，这种制冷叫深度冷冻；而利用沸点差将液空分离的过程叫精馏过程。低温法实现空气分离是深冷与精馏的组合，是目前应用最为广泛的空气分离方法。 

二、吸附法 

它是让空气通过充填有某种多孔性物质-分子筛的吸附塔，利用分子筛对不同的分子具有选择性吸附的特点，有的分子筛(如5A，13X等)对氮具有较强的吸附性能，让氧分子通过，因而可得到纯度较高的氧气；有的分子筛(碳分子筛等)对氧具有较强的吸附性能，让氮分子通过，因而可得到纯度较高的氮气。由于吸附剂的吸附容量有限，当吸附某种分子达到饱和时，就没有继续吸附的能力，需要将被吸附的物质驱赶掉，才能恢复吸附的能力。这一过程叫“再生”。因此，为了保证连续供气，需要有两个以上的吸附塔交替使用。再生的方法可采用加热提高温度的方法(TSA)，或降低压力的方法(PSA)。这种方法流程简单，操作方便，运行成本较低，但要获得高纯度的产品较为困难，产品氧纯度在93％左右。并且，它只适宜于容量不太大(小于4000m3/h)的分离装置。 

三、膜分离法 

它是利用一些有机聚合膜的渗透选择性，当空气通过薄膜(0.1μm)或中空纤维膜时，氧气的穿透过薄膜的速度约为氮的4～5倍，从而实现氧、氮的分离。这种方法装置简单，操作方便，启动快，投资少，但富氧浓度一般适宜在28％～ 35％，规模也只宜中、小型，所以只适用于富氧燃烧和医疗保健等方面。目前在玻璃窑炉中已得到实际应用。 

还有一种方法就是离心法，就是将空气高速转动，根据氧气和氮气密度不同的特点实现离心分离，由于该方法分离出的氧气或氮气气体纯度不高，很难达到实用的水平，所以目前一般不使用这种办法。 

发明内容

为了克服现有空气离心分离装置分离出的氧气或氮气纯度不高的缺点，本发明提供了一种多级空气离心分离机，分离机级数可根据对气体浓度的要求来决定，以解决氧气或氮气纯度不高的问题。 

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是： 

采用多级离心分离机串联的结构，逐步提纯氧气的方法，即一级离心机的富氧气体出口与二级离心机气体入口连接，二级离心机的富氧气体出口与三级离心机气体入口连接，以此类推，由对气体浓度要求来决定离心机的级数，对氧气浓度要求高，则增加级数来逐渐达到要求。 

单个离心机主要由离心室、离心叶片、隔板、轴承、转轴、动力机、减压室、通道、风扇、一级离心机气体入口、一级富氮气体出口、一级富氧气体出口组成，为了节约空间，合理利用资源，节约成本，可采用多级离心机共用一根转轴，即多级离心机在同一根转轴的带动下一起旋转。 

为了防止空气未通过离心作用就从富氮气体出口排出去，采用了伸入离心室的隔板，隔板为圆环形，圆环平面与转轴轴心垂直，同时与叶片的平面垂直。 

减压室内部为空的圆筒形，也就是减压室内部没有结构，采用通道连接在离心室与减压室之间，通道有两种实现方式，第一种为：在离心室外缘与减压室外缘之间架设的多根管道形成通道，第二种为：采用圆形间隙形成通道，直通离心室与减压室。 

为了节约能源，只有减小空气出口时的转动速度，所以将所有的气体出口、入口开在离转轴近端，即一级离心机气体入口、一级富氮气体出口、一级富氧气体出口、二级离心机气体入口、二级富氮气体出口、二级富氧气体出口均开在离转轴最近端，以削减空气的转动速度，使转动的空气将能量还给系统，达到节约能源的目的。 

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。 

图1是本发明原理示意图。