本发明提供了外冷式单级精馏空分系统，包括主塔、副塔、主冷凝蒸发器，塔釜、氩冷凝蒸发器、换热器、循环压缩机、液氧泵、节流阀和输送管道。所述副塔的底部与主塔下段的中部连通；所述换热器包括氧气换热器、氮气换热器、氩气换热器、循环换热器。将液氧作为馏出物同时也作为冷凝蒸发器的冷媒，实现系统内部的制冷循环。而且将主塔底部的液氧作为冷媒通过节流阀和液氧泵及输送管道直接输送至主塔和副塔塔顶的冷凝蒸发器内，极大地节省了工艺流程提高了空分效率，本方案实现了单级带压精馏分离空气，生产双高产品。不仅工艺流程大大简化，而且使分离能耗降低30％以上。