在化工设备的实际使用中，一些低压和中压压缩机经常使用多级空压机。也就是说，设置中间冷却器，冷却一次压缩排出的高温空气，然后吸入二次气缸进行二次压缩，以达到所需的压力。使用双级压缩是因为使用单级压缩来获得较高的空气压力。只有增加压缩比（排气压力与吸入压力之比），体积系数才会随着压力比的增加而降低。此外，由于压缩比的增加，压缩后的空气温度会更高，导致压缩过程和压缩机出现以下缺陷：
1）由于冷却条件和冷却效率的限制，压缩比增加后产生的大量热量无法及时消除，使多变压缩线远离等温压缩线，接近绝热压缩线，将大大增加功耗。
2）如果空压机压缩空气温度过高，由于热交换，机体整体温度会升高，润滑油会失去原有性能，如流速变慢，导致压缩机润滑不良和故障。在严重的情况下，它也可能导致机器中的润滑油燃烧。
多级压缩可以满足较高压力的需要。它的功耗比单级压缩机要少。中间冷却器冷却的压缩空气温度大大降低，其中部分永久分离，也为下一次压缩提供了相对干燥的低温空气。多级离心压缩机通常需要设置一个水平间冷却器。压缩机压缩后，气体温度较高。通过水平间冷却器冷却，提高了机组效率，因此中冷热交换效果的质量也对空压机的性能产生了深远的影响。
