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空氣中的主要成分是氮和氧
空氣中的主要成分是氮和氧，它們分別以分子狀態存在，均勻的混合在一起，要將它們分離出來比較困難，目前工業上分離空氣的方法主要有3種，分別是吸附法、膜分離法、和低溫法。而低溫法是目前工業上應用最廣泛的空氣分離方法。
低溫法的基本過程是先將混合空氣經過壓縮、膨脹和降溫，直至空氣液化，然后再利用氧、氮汽化溫度的不同進行蒸餾分離。其流程主要有空氣過濾系統、空氣壓縮機系統、空氣預冷系統、空氣凈化系統、空氣壓縮膨脹制冷系統及空氣分離系統。其中空氣壓縮膨脹制冷系統在整個過程中至關重要。 根據熱力學第二定律的表述：不可能把熱從低溫物體傳到高溫物體而不產生其他影響，或不可能從單一熱源取熱使之完全轉換為有用的功而不產生其他影響。
逆卡諾循環：它由兩個等溫過程和兩個絕熱過程組成。假設低溫熱源（即被冷卻物體）的溫度為T0，高溫熱源（即環境介質）的溫度為Tk, 則工質的溫度在吸熱過程中為T0， 在放熱過程中為Tk, 就是說在吸熱和放熱過程中工質與冷源及高溫熱源之間沒有溫差，即傳熱是在等溫下進行的，壓縮和膨脹過程是在沒有任何損失情況下進行的。
其循環過程為：首先工質在T0下從冷源（即被冷卻物體）吸取熱量q0，并進行等溫膨脹4-1，然后通過絕熱壓縮1-2，使其溫度由T0升高至環境介質的溫度Tk, 再在Tk下進行等溫壓縮2-3，并向環境介質（即高溫熱源）放出熱量qk, 最后再進行絕熱膨脹3-4，使其溫度由Tk 降至T0即使工質回到初始狀態4，從而完成一個循環。
對于逆卡諾循環：
q0=T0(S1-S4）
qk=Tk(S2-S3)=Tk(S1-S4）
w0=qk-q0=Tk(S1-S4)-T0(S1-S4)=(Tk-T0)(S1-S4）由上式可見，逆卡諾循環的制冷系數與工質的性質無關，只取決于冷源（即被冷卻物體）的溫度 T0 和熱源（即環境介質）的溫度 Tk；降低 Tk，提高 T0 ，均可提高制冷系數。
由熱力學第二定律還可以證明：“在給定的冷源和熱源溫度范圍內工作的逆循環，以逆卡諾循環的制冷系數為最高”。任何實際制冷循環的制冷系數都小于逆卡諾循環的制冷系數。總上所述，理想制冷循環應為逆卡諾循環。而實際上逆卡諾循環是無法實現的，但它可以用作評價實際制冷循環完善程度的指標。通常將工作于相同溫度間的實際制冷循環的制冷系數ε與逆卡諾循環制冷系數εk之比，稱為該制冷機循環的熱力完善度，用符號η表示。即： η=ε/εk。
現在工業上主要使用的空分裝置就是KDON48000/8000型空分裝置，其流程主要包括： ⑴空氣凈化：
過濾及壓縮：原料空氣自吸入口吸入，經自潔式空氣過濾器，除去灰塵及其它機械雜質，空氣經過濾后經離心式空壓機壓縮至壓縮至0.575Mpa 后經空氣冷卻塔預冷，空氣自下而上穿過空氣冷卻塔，在冷卻的同時，又得到清洗。
預冷： 進入空冷塔的水分為兩段。下段為由涼水塔來的冷卻水，經循環水泵加壓入空冷塔中部自上而下出空冷塔回涼水塔。上段為由水冷塔來的冷卻水，經水冷塔與由分餾塔來污氮氣熱質交換冷卻后由冷凍水泵加壓，送入空氣冷卻塔頂部，自上而下出空氣冷卻塔回涼水塔。空氣經空氣冷卻塔冷卻后，溫度降至18℃。
純化： 空氣經空氣冷卻塔冷卻后進入切換使用的分子篩純化器，空氣中的二氧化碳、碳氫化合物及殘留的水蒸汽被吸附。 分子篩吸附器為臥式雙層床結構，下層為活性氧化鋁，上層為分子篩，兩只吸附器切換工作。當一臺吸附器工作時，另一臺吸附器則進行再生、冷吹備用。由分餾塔來的污氮氣，經蒸汽加熱器加熱至-170℃后，入吸附器加熱再生（高溫再生時，再生氣經蒸汽加熱器及電加熱器加熱至260℃后，入吸附器加熱再生），脫附掉其中的水份及CO2，再生結束由分餾塔來的污氮氣冷吹，然后排入大氣放空。
⑵空氣液化 空氣經凈化后，由于分子篩的吸附熱，溫度升至～20℃，然后分兩路： 第一路：空氣在低壓主換熱器中與返流氣體(純氮氣、壓力氮氣、污氮等)換熱達到接近空氣液化溫 約-173℃后進入下塔進行精餾； 第二路：空氣進入增壓空氣壓縮機1段進行增壓，壓縮后的這部分空氣又分為二部分：
相當于膨脹空氣的這部分空氣從增壓空氣壓縮機的Ⅰ段抽出，經膨脹機驅動的增壓機，消耗掉由膨脹機輸出的能量，使空氣的壓力得以進一步提高，增壓后進入高壓主換熱器。在高壓主換熱器內被返流氣體冷卻至152k(-121℃）抽出，進入膨脹機膨脹制冷，膨脹后的空氣，經汽液分離器分離后氣體部分進入下塔，液體經節流后送入粗氬冷凝器（液空冷源）。 ② 另一部分繼續進增壓空氣壓縮機的Ⅱ段增壓，從增壓空氣壓縮機的Ⅱ段抽出后，進入高壓主換熱器，與返流的液氧和其他氣體換熱后冷卻至106K（-167℃）經節流后進入下塔中部；
⑶空氣精餾：
下塔精餾： 在下塔中，空氣被初步分離成頂部氮氣和底部富氧液態空氣。 頂部氮氣：頂部氣氮在主冷凝蒸發器中液化，同時主冷凝蒸發器的低壓側液氧被氣化。絕大部分液氮作為下塔回流液回流到下塔，其余液氮經過冷器，被純氣氮和污氣氮過冷并節流后送入上塔頂部作為上塔回流液。 壓力氮氣：壓力氮氣從下塔頂部引出來，在低壓主換熱器中復熱后出冷箱。 污液氮：在下塔下部得到污液氮，經過冷器過冷后，節流至上塔上部參與精餾。 富氧液態空氣：從下塔底部抽出的富氧液空在過冷器中過冷后
空氣中的主要成分是氮和氧 ，一部分作為粗氬冷凝器冷源，另一部分經節流送入上塔中部作回流液。②上塔精餾： 經上塔的精餾，在頂部得到產品氮氣，在上部得到污氮氣，底部得到液氧。 液氧：液氧從上塔底部通過管道導入主冷凝蒸發器中，在主冷凝蒸發器中被來自下塔的壓力氮氣汽化,汽化后的低壓工藝氧氣通過管道導入上塔。液氧在主冷凝蒸發器底部導出經高壓液氧泵加壓，然后在高壓換熱器復熱后以4.7MPa(G)的壓力作為氣體產品出冷箱。 污氣氮：污氣氮從上塔上部引出，并在過冷器中復熱后，部分低壓主換熱器中復熱后做為分子篩純化器的再生氣體；其在余高壓主換熱器中復熱后，進入水冷塔作為冷源。 純氣氮：純氣氮從上塔頂部引出， 在過冷器及低壓主換熱器中復熱后出冷箱，作為產品送往氮壓機，多余部分送往水冷卻塔中作為冷源冷卻外界水。 氬餾份：從上塔相應部位抽出氬餾份送入粗氬冷凝器，粗氬冷凝器采用過冷后的液空作冷源，氬餾份直接從增效塔的底部導入，上升氣體在粗氬冷凝器中液化，得到粗液氬和粗氬氣，前者作為回流液入增效塔，而后者經進入低壓換熱器復熱到常溫送出冷箱；在粗氬冷凝器蒸發后的液空蒸汽和底部少量液空同時返回上塔。
最后，熱力學第二定律是熱力學重要組成部分，空氣冷凍裝置的實際循環都基于熱力學第二定律。
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