液體空分設備通常是指以直接生產液氧、液氮產品的空分設備，這種空分設備一般不生產或少量生產氣體產品。
為了要獲得大量的液氧和液氮產品，目前大致有二種方法：一是先生產氣態產品，然后再根據需要采用液化裝置將氣態產品液化，這種方法能耗相對較高；另一種方法是直接采用液體空氣設備生產液氧和液氮產品，與前者相比該法能耗較低，液體空分設備從流程的組織上來看可以視為是常規氣態產品空分設備和液化裝置的二者結合體，因此其流程要相對復雜一些。為了降低液體空分設備產品的中耗，應根據用戶提出的需求條件，在工藝流程的組織上要進行多個方案的技術比較。
目前液體空分設備根據工作壓力的等級不同，一般可分為低壓循環和中壓循環二大類，在低壓循環中按照制冷系統的組織方式不同又分成帶增壓透平膨脹機制冷和帶增壓透平膨脹機加低溫予冷機制冷的二種流程。在中壓循環流程中因采用的制冷循環工質的不同一般分成空氣循環和氮氣循環，同樣在中壓循環中按照制冷系統的組織方式不同也分成帶增壓透平膨脹機加低溫予冷機制冷和帶高、低溫增壓透平膨脹機制冷的二種流程。
液體空氣設備流程的選擇應根據用戶提出的液體產品產量、純度、品種等要求，來選擇和確定液體空分設備的工藝流程、單元設備的結構形式和組織方式。一般來說液氧產量小于1000Lh的屬小型液體空分設備，目前多數是采用全低壓利用空氣循環制冷的工藝流程。因為液體產量較小，同時為簡化流程，達到操作方便，一般在流程中原料空氣和制冷循環空氣可由一臺壓縮機提供。這種流程單位產品能耗較高。
當液體產品在2000-3000m立方/h(折成氣態)以上時，將屬于中大型液體空氣設備，由于液體產品數量加大，要求裝置必須提供更多的冷量。而在低壓流程中氣體的液化是通過相變過程來實現的，因為工作壓力低，氣體膨脹產冷量小，最終氣體液化率低，那么為要獲得大量的冷量就必須大幅度的提高循環空氣量，這樣會造成單位產品能耗的大幅度升高。因此在工藝流程上必須由低壓循環改為中壓制冷循環，由于氣體液化工作壓力的提高，其相應的液化溫度也隨之提高，那么單位氣體液化所需的冷量就會減少，當氣體液化壓力超過其臨界壓力而溫度低于臨界溫度時，氣體液化過程中就不存在等溫的冷凝過程，而是直接變成液體，這樣就能減少中壓流程中的循環氣量，使單位液體產品能耗大大的降低，這正是中壓流程為什么經濟性好的重要原因。在中大型液體空分設備中原料空氣部分采用低壓，而循環氣體為中壓(壓縮機壓力為即分為空氣循環和氮氣循環二種。關于在制冷循環中如何確定膨脹機的臺數和運行方式及其參數，這將取決于用戶提供的要求。下面將對兒種工藝流程在組織中的技術問題進行分析討論。
低壓小型液體空分設備工藝流程現對國內已開發成功的小型全低壓液體空分設備在流程組織上的一些技術特點作一分析。
本設備是采用低壓帶增壓透平膨脹機及空氣制冷循環的工藝流程。
空氣經空氣過濾器被透平空壓機壓縮至(G)壓力，經末級冷卻器冷卻后將全部空氣送入增壓機中增壓，經增壓后的空氣分別在予冷機組和分予篩純化器中予冷、凈化，然后進入主換熱器中冷卻。當空氣被低溫返流氣體冷卻到某一溫度時，空氣全部從主換熱器中抽出送入低溫予冷機組中冷卻，冷卻后再將全部空氣返回主換熱器中繼續冷卻，在達到某一溫度后空氣被分成二部分大部分空氣進入透平膨脹機膨脹制冷，膨脹后的低壓空氣返回主換熱器，經回收冷量后送入空氣透平壓縮機入口循環使用；另一部分空氣繼續在主換熱器中冷卻，在達到一定含濕量時進入下塔。空氣在雙級精餾塔內精餾最終獲得液體氧(氮)產品，液體產品直接排放至冷箱外的液體。貯槽內液體產量不大時，雖然應用全低壓流程是合理的、可行的，但是單位產品能耗相對較高。因此當采用這種流程時必須設法降低能耗，為此在該流程中采用了以下幾項提高其經濟性的措施：
(1)采用全部空氣進行增壓，該法優于僅對膨脹部分空氣進行增壓的方法，因為這不盡提高了膨脹前空氣壓力，更重要的是提高了入塔部分空氣的壓力，由于入塔空氣壓力的提高，入塔空氣的露點溫度即液化溫度也相應提高，從而可以提高膨脹前空氣的溫度，這有利于提高單位膨脹空氣的制冷量。如果裝置所需的冷量一定時，膨脹空氣量就能減少，最終使總的加工空氣量下降，經計算分析其能耗一般可下降約2％。
(2)采用常溫和低溫二級予冷的方法，提高了有效能的利用，從計算得知入塔空氣的液化率會有較大幅度的提高，單位液體產品的能耗一般可下降2-3%左右。
(3)流程中采用了全部加工空氣先經增壓再進入予冷機組和分予篩純化器的方法，由于工作壓力升高，二機組的體積尺寸和分予篩吸附劑用量都將會相應減少，同時又選用了空氣下進下出內加溫節能型結構的分予篩純化器。
(4)冷箱內采用先進的保溫措施。
另外在這一流程的設計和選擇中，曾考慮到空氣從壓縮機出來去增壓的過程中，當環境溫度過低時，管道內空氣會發生機械水析出影響增壓機葉輪壽命的問題。如改用壓縮后的空氣先經予冷、凈化后再去增壓或對膨脹部分的空氣進行增壓的方案，可避免這一問題發生，但經計算分析比較認為后者方案存在以下缺點：
a)會引起加工空氣和膨脹部分空氣入塔溫度升高；
b)如僅對膨脹部分空氣增壓會造成二股入塔空氣溫度不一致，同時換熱器面積加大通道結構相對復什
c)予冷、凈化機組尺寸，分予篩吸附劑用量相應加大；
d)操作不便，單位液體產品能耗高，最終沒有被采用。
為了防止帶壓空氣去增壓的過程中，因環境溫度過低會有機械水析出損壞增壓機葉輪的問題，除在流程中增設特殊的水分器外，在工藝配管上又作了多項改進，這一設備在實際運行中，曾因環境溫度變化出現過機械水析出，但由于所采用的措施正確，避免了機械水損壞增壓機葉輪的問題。經實際運行考驗情況良好，備項技術經濟指標在同類產品中處于領先水平，這些技術在小型液體空分設備上的應用成功，具有一定的技術創新。
中壓空氣循環膨脹制冷流程
目前中大型液體空分設備的需求量在不斷增長，對于以液氧產品為第一工況的液體空分設備，應用空氣循環流程是比較合適的，因為這種流程不僅可以獲得液氧和部分液氮產品外，還可以最大限度的提取液氬產品。在中壓空氣循環流程中，膨脹制冷系統的組織方式現一般有二種一種是配置高、低溫增壓透平膨脹機；另一種是低溫予冷機組加低溫增壓透平膨脹機。
這一流程的特點是將分子篩純化器后的低壓空氣和高、低溫膨脹機膨脹后返回主換機器經冷量回收后的低壓空氣一起送至中壓循環壓縮機入口，經壓縮后的中壓空氣分成二部分：一部分空氣經主換熱器冷卻到一定溫度后送入高溫級增壓透平膨脹機膨脹制冷，膨脹后的低壓空氣經主換熱器回收冷量后返回至中壓壓縮機入口；另一部分空氣直接進入高、低溫級透平膨脹機的增壓機中連續增壓，增壓后的這部分空氣在主換熱器中予冷到一定溫度后再分成二股一股送入低溫級增壓透平膨脹機膨脹制冷后按規定量進入下塔；
另一股空氣在主換熱器中繼續冷卻當達到一定含濕量經節流后進入下塔，空氣在雙級精餾塔內精餾最終獲得液體氧(氮)產品，液體產品直接排放至冷箱外的液體貯槽內。在流程中由于沒有設置高溫級透平膨脹機，那么經計算在流程中必須增設低溫予冷機組，否則單位液體產品能耗將會上升。眾所周知在流程中設置高溫級透平膨脹機或低溫予冷機組，其目的都是用來補充主換熱器中熱段的冷量，最終縮小主換熱器熱端溫差，減少返流氣量即循環空氣量達到提高流程的經濟性。
為進一步降低單位產品的能耗，在配套部機的設計和選型中應作如下考慮：原料空氣和中壓循環空氣壓縮機均采用高效定型的透平壓縮機；分予篩純化器應用雙層床結構；主換熱器為高效、結構緊湊的中低壓氣體復合型板翅式換熱器；上塔使用規整填料塔；氬的提取為全精餾制氬全套裝置的控制采用當今較為先進的DCS系統。中壓氮氣循環膨脹制冷流程目前有很多用戶要求在生產液氧產品的同時，又能夠生產較大量的液氮產品，有的甚至液氮產量要超過液氧產量，在這種情況下為提高其整個液體空分裝置的合理性和經濟性，在工藝流程的組織上，建議采用氮氣循環制冷的流程。在流程中循環氮氣的抽取方法現有二種：一種是從上塔頂部抽取低壓產品氮氣增壓至中壓；另一種是從下塔抽取壓力氮氣再增壓至中壓。關于制冷循環的組織與空氣循環一樣，有設置高、低溫增壓透平膨脹機的制冷循環和低溫予冷機加低溫增壓透平膨脹機的制冷循環。流程的主要特點是采用由上塔頂出冷箱的低壓產品氮氣作為循環氮氣和液氮產品的原料氣，低壓氮氣經低壓和中壓二臺透平壓縮機壓縮至~壓力，然后將壓縮后的中壓氮氣分成二部分：
一部分中壓氮氣在主換熱器中予冷到一定溫度后送入高溫級增壓透平膨脹機，膨脹后的氮氣經主換熱器回收冷量后返回至中壓氮壓縮機入口；
另一部分中壓氮氣直接送入高、低溫級透平膨脹機的增壓風機中連續增壓，經過增壓后的這部分壓力較高的中壓氮氣經主換熱器予冷到一定溫度時再分成二股：
一股送入低溫級增壓透平膨脹機，膨脹后的氮氣經主換熱器回收冷量后返回至中壓氮壓縮機入口；
另一小股繼續冷卻經節流后生產液氮，其中一部分液氮作為產品，其余液氮送至下塔作回流液。流程的特點是從下塔抽取壓力氮作為循環氮氣并設有低溫予冷機組。
總之這種液體空分裝置可以說是由一套全精餾的氣體空分設備和一套氮循環的液化設備所組成。該流程完全可以根據用戶要求在生產液氧、液氮產品的同時提取高純氛和高純氧等產品。流程組織中應注意的問題工藝流程的確定依據和原則液體空分設備的流程確定和組織，完全是針對用戶的需求來進行的，其中產品數量、純度、品種、能耗、控制水平和變工況參數等都是流程確定和組織中應考慮的重點。由于液體空分設備提供的是高品位的低溫液體產品，單位產品能耗顯然要高于氣體空分設備，因此如何降低能耗就成了流程組織中的關鍵問題，同時液體空分設備的產量又受到產品儲存、市場需求等因素的制約，所以在確定其產量規模時必須慎重。
為進一步降低單位液體產品的能耗，在設計中應盡量做到選配高效定主主主}J產品，努力提高換熱器和精餾設備的傳熱傳質效率。制冷循環方式的確定對于只設置一臺低溫級增壓透平膨脹機的中壓空氣循環和中壓氮氣循環的這二種流程，我們認為要提高其裝置的經濟性，降低單位液體產品能耗，經計算分析，在流程中應設置蒸發溫度在-35℃了l右的低溫予冷機組。當設置了高、低級膨脹機后，在流程中一般就不再配置低溫予冷機組。這里應指出的是無論采用哪種循環流程，因為工作壓力的提高，在提供的冷量一定時這將會造成進入膨脹機氣體體積流量的減少，使高效透平膨脹機的設計及制造帶來一定困難，為此必須對流程進行多個方案的計算比較，以便給膨脹機設計提供最佳的參數。對于液體空分設備中的膨脹機目前均希望能采用氣體在含濕條件下工作的高效增壓透平膨脹機，要求在該工況條件下能提供更多的為使產品液化的高品位冷量。
精餾系統工況分析通常在液體空分設備中進入下塔空氣中的含濕量是相當大的，這會使下塔的精餾工況發生一定的變化，對于裝置要在生產液氧、液氮產品的同時再提取高純度氮、氧、氛產品，因此在對上、下塔的設計中一定要注意正確的解決好備物料的進出位置、塔板效率和塔板及填料結構等問題。
例如在下塔的設計中為改善精餾工況和提高氛的提取率，一般將入下塔空氣中的液空部分分離出來，并從入下塔空氣位置向上計數的第9~12塊塔板處導入為宜。關于如何提高液體空分設備氛提取率的問題，經計算分析發現氛的提取率與從下塔抽取的液氮產品量有著很大的關系。
具體說液氮抽量直接影響到上塔精餾段的液氣比大小，產品液氮抽量加大，上塔精餾段液氣比減小，氛提取率下降，如果液氮抽量達到入塔空氣量的15%左右時，氛的提取率將大幅度下降，這與氣體空分設備在提氛過程中，加大入上塔膨脹空氣量會使氛提取率下降的影響是相類似的。
關于裝置的控制方法問題，對小型不帶氬的液體空分設備一般選用PLC加就地控制柜的方法為宜；對中大型液體空分設備因系統組織復什、產品種類多，適宜選用DCS系統控制。中大型液體空分設備目前國內生產的并不多，但具有良好的發展前景，隨著精餾技術的不斷提高，單位液體產品能耗的不斷降低，因此液體空分設備的設計、制造一定會在不久的將來達到一個新的高度。
