低溫空分制氧設備工作原理：空氣從大氣吸入，經過濾器過濾后，進入空氣壓縮機，經逐級壓縮冷卻后，進入空氣預冷系統進行預冷，并通過水分離器分離出空氣中的游離水，然后進入純化系統清除空氣中的水份、二氧化碳及大部分的碳氫化合物等。 凈化后的空氣進入分餾塔冷箱中的板翅式熱交換器，制氧機，與返流的氧氣、氮氣和污氮氣進行熱交換，然后一部分空氣從熱交換器中部抽出進入透平膨脹機進行膨脹制冷，膨脹后的低溫空氣部分進入上塔，另一部分旁通進入污氮管道。
    其余空氣從板翅式熱交換器底部抽出，經節流后送入下塔參加精餾。在下塔中，空氣被初步分離。頂部為純氮氣，底部為富氧液空。富氧液空從下塔底部抽出，經過冷器過冷后送入上塔中部。下塔頂部的氮氣被冷凝蒸發器冷凝為液氮后，一部分回下塔，作為下塔的回流液。另一部分經過冷器過冷后，節流進入上塔頂部，作為上塔精餾段的回流液。經過上塔精餾，最終在上塔下部得到純氧氣。
    氧氣經過換熱器復熱后作為產品氣排出分餾塔外，制氮機，被送入氣囊，再經氧壓機壓縮，充瓶或另作它用。氮氣從上塔頂部抽出，經液氮液空過冷器、熱交換器復熱后，排出分餾塔外，經工藝管線送往用戶或由氮氣壓縮機增壓后灌入鋼瓶銷售。污氮氣從上塔污氮口抽出，經熱交換器復熱后，部分作為純化器再生氣，其余放空。