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空分精餾塔其實是利用氧氮沸點不同實現(xiàn)低溫分離，由于氮氣的沸點較低，故而達到平衡時，直接位于液體混合物上方的蒸汽中的N2濃度比液體中的N2濃度較高。而蒸汽和液體餾分分別經(jīng)過精餾塔盤，力圖在接觸時通過交換氧氣和氮氣來維持平衡。

潔凈空氣大部份進入冷箱內(nèi)的主換熱器，被返流出來的氣體冷卻，接近露點的空氣進入下空分精餾塔的底部，進行次分餾；在精餾塔中，上升氣體與下流液體充分接觸，傳熱傳質(zhì)后，上升氣體中氮的濃度逐漸增加。

而純氮進入下塔頂部的主冷凝蒸發(fā)器被冷凝，在氣氮冷凝的同時，主冷凝蒸發(fā)器中的液氧得到氣化。一部份液氮作為下塔的回流液下流，另一部分液氮經(jīng)過冷后，除少量作為產(chǎn)品液氮抽出外，其余節(jié)流后送入上塔。于是上升中的氣體混合物的氮氣濃度越來越高，下降液體中的氧濃度越來越高。

在下塔中產(chǎn)生的液空也經(jīng)過冷器過冷，節(jié)流后進入上塔參與精餾，在上塔內(nèi)，經(jīng)過再次精餾，得到產(chǎn)品氮氣、產(chǎn)品氧氣和污氮及產(chǎn)品液氧。從主冷抽出的適量的液氧，送入液氧自增壓器，被空氣加熱蒸發(fā)后，再進入主換熱器復(fù)熱后，送出冷箱。所以簡單的說，空分精餾塔的工作本質(zhì)是深度冷凍法生產(chǎn)相關(guān)氣體。