在空分設(shè)備中要實現(xiàn)氧氮分離，首先要使空氣液化，這就必須設(shè)法將空氣溫度降至液化溫度。空分塔下塔的**壓力在0.6MPa左右，在該壓力下空氣開始液化的溫度約為-172℃。因此，要使空氣液化，必須有一個比該溫度更低的冷流體來冷卻空氣。?
我們知道，空分設(shè)備中是靠膨脹后的低溫空氣來冷卻正流壓力空氣的?？諝庖蛎洠紫染鸵M行壓縮，壓縮就要消耗能量。?
空氣膨脹可以通過節(jié)流膨脹或膨脹機膨脹。但是，這種膨脹的溫降是有限的。對20MPa、30℃的高壓空氣，節(jié)流到0.1MPa時的溫降也只有32℃。空氣在透平膨脹機中從0.55MPa膨脹至0.135MPa的溫降較大也只有50℃，還遠遠達不到空氣液化所需的溫度。?
空分設(shè)備中的主熱交換器及冷凝蒸發(fā)器對液體的產(chǎn)生起到關(guān)鍵的作用。主熱交換器是利用膨脹后的低溫、低壓氣體作為換熱器的返流氣體，來冷卻高壓正流空氣，使它在膨脹前的溫度逐步降低。同時，膨脹后的溫度相應(yīng)地逐步降得更低，直至較后能達到液化所需的溫度，使正流空氣部分液化?？辗衷O(shè)備在啟動階段的降溫過程就是這樣一個逐步冷卻的過程。?
膨脹后的空氣由于壓力低，所以在很低的溫度下仍保持氣態(tài)。例如，空氣**壓力為0.105MPa時，溫度降至-190℃也仍為氣態(tài)。它比正流高壓空氣的液化溫度要低。對于小型中、高壓制氧機，在啟動階段的后期，在主熱交換器的下部，就會有部分液體產(chǎn)生，起到液化器的作用；對于低壓空分設(shè)備，另設(shè)有液化器，利用膨脹后的低溫低壓空氣來冷卻正流高壓(0.6MPa左右)低溫空氣，使之部分液化。同時，冷凝蒸發(fā)器在啟動階段后期也起到液化器的作用。膨脹后進入上塔的低溫空氣在冷凝蒸發(fā)器中冷卻來自下塔的低溫壓力氣體，部分產(chǎn)生冷凝后又節(jié)流到上塔，進一步降低溫度，成為低溫、低壓返流氣體的一部分，使積累的液體量逐步增加。?