把空气液化之后倒进一座塔，氧氮氩就自动分成了几层。这听起来像炼金术，其实是靠沸点差异做的物理分离。空分装置就是干这个的，它是绝大多数大宗工业气体的源头，理解它的工作原理，才算真正搞懂氧气氮气和氩气从哪来。
空气本身是混合物，主要成分是氮、氧和氩，体积占比分别约百分之七十八、百分之二十一和百分之零点九三。要把它们分开，最直接的办法是液化后精馏。三种气体的沸点不同，在常压下氮的沸点是77.4开尔文，也就是零下195.8摄氏度，氧是90.2开尔文，氩是87.3开尔文。氮最先变成气体跑出来，氧最后留下，氩夹在中间。
空分流程的前段是把空气降到能液化的温度。空气先经过滤除去灰尘，再压缩到几个大气压，然后进入预冷和纯化单元。纯化单元用分子筛把空气中的水分、二氧化碳和碳氢化合物吸附掉，这些成分如果不除掉，低温下会结冰堵塞管道。冷却靠的是膨胀制冷，让一部分空气在膨胀机里对外做功，温度骤降，这部分冷量用来液化其余空气。
液化后的空气进入精馏塔。现代空分用的是双级精馏塔，下塔和上塔叠在一起。下塔压力高，约0.5到0.6兆帕，在这里把液氮和富氧液空分开。塔顶冷凝出的纯液氮一部分回流入塔，一部分作为产品抽出。下塔底部的富氧液空送到上塔。上塔压力接近常压，在这里把氧和氮彻底分开，塔顶出纯氮气，塔底出纯液氧。
精馏的核心是气液逆流接触。塔顶不断往下喷淋冷液体，塔底不断往上升温气体，两者在塔盘或填料层上充分接触。沸点低的氮更容易进入气相往上走，沸点高的氧更容易进入液相往下流。经过几十层塔盘的反复传质，塔顶氮气纯度可以到百分之九十九点九九以上，塔底液氧纯度到百分之九十九点六。
氩气的分离最麻烦。氩的沸点87.3开尔文，和氧的90.2开尔文只差不到3度，在主塔里面它既不上也不下，而是聚集在上塔中部某一层，形成所谓氩馏分。空分装置从这一层抽一股含氩百分之几的馏分，送到单独的粗氩塔和精氩塔，再花几十层塔盘把氩从氧氮中分离出来。这就是为什么氩气是空分副产品，产量受主塔工况制约，没法单独扩产。
理解了这套原理，很多气体市场现象就说得通了。空分装置减产时，氧气和氮气减产比例和设计负荷成比例，但氩气因为在主塔中的占比低，减产时氩产量下降更快，价格波动也更剧烈。空分装置开停车切换的季节，氩价最先动，氧氮相对滞后。这背后有精馏塔物理结构在起作用。
冷量平衡是另一门学问。空分装置启动时需要外部冷源把塔温降下来，正常运行后靠膨胀机持续补充冷量，抵消漏热和产品带走的冷量。膨胀机回收的能量还能用来驱动压缩机，降低电耗。现代大型空分装置的氧提取率可以做到百分之九十九以上，意味着几乎把进塔空气中的氧都榨了出来，效率极高。
现代空分装置还在不断改进，规整填料代替传统塔盘降低阻力，内压缩流程提高液体产量。但分离氧氮氩的基本原理没有变，仍然是靠沸点差异和多级精馏。这台装置每天把几万吨空气变成高纯氧氮氩，支撑着整个工业体系。
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