空氣分離設備將大氣空氣分離成其主要成分，通常是氮氣和氧氣，有時還會分離出氬氣和其他稀有惰性氣體。

最常用的空氣分離方法是分餾。 低溫空氣分離裝置 (ASU) 用于提供氮氣或氧氣，并且通常同時生產氬氣。 膜、變壓吸附 (PSA) 和真空變壓吸附 (VPSA) 等其他方法在商業上用于從普通空氣中分離單一組分。 用于半導體器件制造的高純度氧氣、氮氣和氬氣需要低溫蒸餾。 同樣，稀有氣體氖、氪、氙的xxx可行來源是使用至少兩個蒸餾塔對空氣進行蒸餾。 氦氣也在先進的空氣分離工藝中回收

純氣體可以通過首先冷卻直到液化，然后在不同的沸點溫度下選擇性地蒸餾組分來從空氣中分離出來。 該過程可以生產高純度氣體，但能源密集型。 該工藝由卡爾·馮·林德 (Carl von Linde) 在 20 世紀初率先提出，至今仍在用于生產高純度氣體。 他在 1895 年開發了它； 在首次用于工業應用之前（1902 年），該過程保持了七年的純學術性。

低溫分離過程需要熱交換器和分離柱非常緊密地結合以獲得良好的效率，并且所有用于制冷的能量都由單元入口處的空氣壓縮提供。

為實現低蒸餾溫度，空氣分離裝置需要通過焦耳-湯姆遜效應運行的制冷循環，并且冷設備必須保存在絕熱外殼（通常稱為冷箱）內。 氣體的冷卻需要大量的能量來使這個制冷循環工作，并由空氣壓縮機提供。 現代 ASU 使用膨脹渦輪機進行冷卻； 膨脹機的輸出有助于驅動空氣壓縮機，以提高效率。該過程包括以下主要步驟：

• 在壓縮之前，空氣會預先過濾掉灰塵。
• 空氣被壓縮，最終輸送壓力由產品的回收率和流體狀態（氣體或液體）決定。 典型的壓力范圍在 5 到 10 巴表壓之間。 氣流也可以被壓縮到不同的壓力以提高 ASU 的效率。 在壓縮過程中，水在級間冷卻器中冷凝出來。
• 工藝空氣通常通過分子篩床，去除所有殘留的水蒸氣和二氧化碳，后者會凍結并堵塞低溫設備。 分子篩通常設計用于從空氣中去除任何氣態碳氫化合物，因為這些可能會在隨后的空氣蒸餾中成為問題，從而導致爆炸。 分子篩床必須再生。 這是通過安裝多個以交替模式運行的單元并使用干燥的聯產廢氣來解吸水來實現的。
• 工藝空氣通過集成熱交換器（通常是板翅式熱交換器）并通過產品（和廢物）低溫流進行冷卻。 部分空氣液化形成富含氧氣的液體。 剩余的氣體富含氮氣，在高壓 (HP) 蒸餾塔中被蒸餾成幾乎純的氮氣（通常 < 1 ppm）。 該塔的冷凝器需要制冷，這是通過將更多的富氧流進一步膨脹穿過閥門或通過膨脹機（反向壓縮機）獲得的。

• 或者，當 ASU 生產純氧時，冷凝器可以通過與低壓 (LP) 蒸餾塔（在 1.2-1.3 bar xxx壓力下運行）中的再沸器進行熱交換來冷卻。 為了xxx限度地降低壓縮成本，HP/LP 塔的組合冷凝器/再沸器必須在僅 1-2 K 的溫差下運行，需要板翅式鋁制熱交換器。 典型的氧氣純度在 97.5% 到 99.5% 之間，影響氧氣的xxx回收率。 生產液體產品所需的制冷是利用膨脹機中的焦耳-湯姆遜效應獲得的，膨脹機將壓縮空氣直接送入低壓塔。 因此，一定部分的空氣不會被分離，必須從低壓塔的上部作為廢氣流離開。
• 由于氬氣的沸點（標準條件下為 87.3 K）介于氧氣的沸點（90.2 K）和氮氣的沸點（77.4 K）之間，因此氬氣會在低壓塔的下部積聚。 當生產氬氣時，從氬氣濃度最高的低壓塔中抽取蒸汽側取氣。