在空分装置中要实现氧氮分离，首先要使空气液化，这就必须设法将空气温度降至液化温度。空分塔下塔的绝对压力在0.6MPa左右，在该压力下空气开始液化的温度约为-172℃。因此，要使空气液化，必须有一个比该温度更低的冷流体来冷却空气。

我们知道，空分设备中是靠膨胀后的低温空气来冷却正流压力空气的。空气要膨胀，首先就要进行压缩，压缩就要消耗能量。

空气膨胀可以通过节流膨胀或膨胀机膨胀。但是，这种膨胀的温降是有限的。对20MPa、30℃的高压空气，节流到0.1MPa时的温降也只有32℃。空气在透平膨胀机中从0.55MPa膨胀至0.135MPa的温降最大也只有50℃，还远远达不到空气液化所需的温度。

空分设备中的主热交换器及冷凝蒸发器对液体的产生起到关键的作用。主热交换器是利用膨胀后的低温、低压气体作为换热器的返流气体，来冷却高压正流空气，使它在膨胀前的温度逐步降低。同时，膨胀后的温度相应地逐步降得更低，直至最后能达到液化所需的温度，使正流空气部分液化。空分设备在启动阶段的降温过程就是这样一个逐步冷却的过程。

膨胀后的空气由于压力低，所以在很低的温度下仍保持气态。例如，空气绝对压力为0.105MPa时，温度降至-190℃也仍为气态。它比正流高压空气的液化温度要低。对于小型中、高压制氧机，在启动阶段的后期，在主热交换器的下部，就会有部分液体产生，起到液化器的作用；对于低压空分设备，另设有液化器，利用膨胀后的低温低压空气来冷却正流高压(0.6MPa左右)低温空气，使之部分液化。同时，冷凝蒸发器在启动阶段后期也起到液化器的作用。膨胀后进入上塔的低温空气在冷凝蒸发器中冷却来自下塔的低温压力气体，部分产生冷凝后又节流到上塔，进一步降低温度，成为低温、低压返流气体的一部分，使积累的液体量逐步增加