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1、稀有气体学习材料第一章稀有气体简述1、氟氤提取的基本原理和过程主要组分的物理特性见表1.Io由表1.1可知，氯、债是空气中沸点高、难挥发的组分，所以总是集中在主冷凝蒸发器的液氧和气氧中。从空分装置中提取氟、值,先是从产品氧中提取氟-氤原料气（即贫氟），再把贫氟中的氟、旅组分进一步浓缩而得到粗氟皱，最后再把氯和旅分离开来得到产品氯和产品债。1.2. 1基本原理1 .氯、在空气中的含量极微（氟约1.14ppm,氤约0.086ppm）,要从空分装置中提取这些极微量的气体组分，要经过多次的浓缩、提纯。2 .氯、债由于其高沸点的原因总是和氧在一起，所以提取贫氮敬和粗氟伍的过程，就是一个将氧和氟、氤混合物
2、分离的过程。3 .随着氟、僦的浓缩，气体混合物中的碳氢化合物也必然跟着一起浓缩（因其沸点与氟、债接近），这样在伴随大量氧存在的情况下，碳氢化合物的浓缩将有爆炸的危险。所以在提取氟、氤混合物的工艺过程中很重要的一个方面，就是在氟、氤逐步浓缩的同时，通过催化的方式，不断地把碳氢化合物清除掉。1.2.2主要的工作过程1贫氟债气中的碳氢化合物（主要是甲烷）用触媒催化的方式脱除，同时生成水和二氧化碳。2分子筛吸附法清除贫氟氤气中的水和二氧化碳。3由粗氯氟塔提取粗氟值液。4由氟债分离塔将粗氟和粗管分离出来。5由纯氟塔进一步提纯粗氯，得到产品纯氟。6由粗管塔与纯敬塔进一步提纯粗管，得到产品纯低。7从主换热器
3、敷热的氧气，进氧压机机压缩后，送到管网。表1.1主要组分的物理特性名称化学符号空气中体积百分比重量百分比氧O220.9523.1氮Kr0.OOOll0.00032债Xe0.0000080.00004续表Ll名称化学符号沸点温度熔点温度比重临界点kgm3kg/1IO1Mpa(G)氧O2-183-218.41.431.14-118.450.8氮Kr-153.4-157.03.64312.413-63.855氤Xe-108.0-111.55.893.06+16.658.75甲正CH4-161.5-182.50.71670.426-82.546.41.4工艺流程概述中压液氧泵从低温液体贮槽中抽取贫氟氤
4、液，加压至液氧的临界压力以上，可以避免液氧中碳氢化合物的浓缩析出。经过空温式气化器气化成常温贫氯修气，减压后送至回热器与除甲烷接触炉出口的贫氟债气换热升温，再由电加热器加温至催化反应所需的温度，进入除甲烷接触炉。氧气和甲烷在一定的温度下，在催化剂的作用下，反应生成水和二氧化碳，并产生一定的反应热。为了节约能源，用反应后的贫氟氤气和反应前贫氧包气换热，回收热量。但此时温度还是太高，不宜进入分子筛吸附器，故经氧气冷却器进一步冷却，然后进入分子筛吸附器。在分子筛吸附器中同时吸附脱除催化反应后贫氟氤中的二氧化碳和水份。分子筛吸附器一只使用，一只再生。再生气体主要采用出冷箱主换热器后的氮气。通过甲烷清除
5、系统的气体进入分储塔，在热交换器中被返流的冷气体冷却后，被送入粗氟伍塔、粗氟伍塔顶设有冷凝器，通过液氮的冷却产生精谯所需要的回流液，在塔底设有由调功柜控制的电加热器，使粗氮最塔底产生上升蒸汽。从粗氮管塔的底部得到氯氟浓缩物(299.9%Kr+Xe)送至后级精馆系统精播。在氨虢分离塔中纯氮微浓缩物被分离成氯和氤组分。塔顶的气态氮(299.98%)被送入纯氟塔，在该塔中脱除掉四氟化碳后获得纯液态氟，而其他不纯组分则留在塔底的液体中。同时，液态氤(99.82%)不断地从氮猷分离塔的底部抽出连续送入粗急塔。在粗微塔中，不纯组分(主要是SF6)被收集在塔的底部排入大气，而粗氤(99.86%)则从粗氤塔的
6、顶部送入纯债塔的中部。在纯债塔中进行氤的最终分离，纯液晶被收集在塔的底部，而不纯气体则从纯赦塔的顶部排入大气。粗氮管塔的顶部冷凝器由液氮作冷源，蒸发后氮气经热交换器复热后作为吸附剂再生介质，而塔底液体的加热汽化是由调功柜控制的电加热器完成的。整套机组包括：液氧贮存汽化系统、甲烷清除系统、分馈塔系统、仪电控系统、充装系统、氧压缩机等。2、强氧工艺流程描述如工艺流程图Ll所示，系统主要工艺过程包括：原料气除氢干燥，就精制（氮的分离和去除、氮的分离和纯化、氮吸附器切换再生），氢精制（氨的分离和纯化、筑吸附器再生），高纯筑充装，高纯氮充装等。2.1除氢干燥原料气储存于原料气缓冲罐，在进入颊氮精制装置之
7、前需要除氢处理,除氢的方法是采用钿或钳触媒加氧催化，反应温度373423K,反应后的残余含氢量小于Ippnu除氢后生成的水，用硅胶或分子筛吸附器予以干燥，脱水以后的露点低于218Ko2.2低温分离和纯化除氢干燥后的原料气由颊氮精制装置原料气进口进入颊精制冷箱，进入冷箱的压力和流量由原料气膜压机、减压阀、流量调节阀、流量计共同反馈控制。2.2.1氮的分离和去除冷箱内设计工作压力30bar,进入筑精制冷箱的原料气依次经过换热器HEOKHEo2、HEO3、HE-I进行降温。HE-I出口处原料气状态是温度约65K的气液混合物。HET降温所需的冷量来自于小型GM低温制冷机一级冷量。65K的气液混合物在气
8、液分离器VAOl中被分成两个部分：溶解有少量速氨气的液氮含有少量氮气的粗覆氨气溶解有少量筑氮气的液氮经过低温阀减压进入气液分离器VA02,释放出的强氧气返回至除氢装置出口处缓冲罐，作为原料气再次进入冷箱，分离后的液氮排放至HE02所处液氮杜瓦，作为液氮进行补充。含有少量氮气的粗速氮气进入氮吸附器RAOl或R02,吸附器直接浸泡在液氮中，利用液氮所提供的冷量对氮吸附器进行降温并提供抵消吸附热所需冷量，在氮吸附器出口获得含有约78K的高纯就氨气。2.2.2窟的分离和纯化纯须氮气进入换热器HE04和HE05,HE05出口处就氮的状态是温度约35K的气液混合物。此时，高纯就氨气中的部分速气已被液化。3
9、5K的气液混合物进入二级冷头换热器HE-2,岚组分进一步被液化,HE-2出口处笳氧状态是温度约25K的气液混合物。HE-2降温所需的冷量来自于小型GM低温制冷机二级冷头。25K的气液混合物在气液分离器V03中被分成两个部分：溶解有少量氮气的液强含有少量负气的粗氧气经气液分离后的含少量笳气的粗就氮气复温后回至氮氧循环膜压机CP02入口前缓冲罐BF03o溶解有少量氧气的液就经过节流阀减压后进入定精微塔VA04进行精储。精馈后的微量速氧气复温后返回至除氢装置出口处缓冲罐，纯液须回流预冷HE05和HE04并复温后通过氟充装膜压机CP03进行充装，获得产品气高纯筑099.9995%)0若岚气纯度检验不合
10、格,则回至除氢装置出口处缓冲罐再次纯化。2.2.3氨的分离和纯化含有少量氮气的粗氮气通过就氮循环膜压机CP02增压至Iobar进入氮精制系统，通过换热器HE06预冷，再经过浸泡于液氮中的换热器HE07及就吸附器RAO3,利用低温吸附的方法将部分氯气吸附，处理后的氧气依次经过HEO8、HE-3、HEo9、HE-4降温至10K,在换热器中将覆气固化，获得高纯氮099.9995%),之后通过氢充装膜压机CP04进行充装。2.3氮吸附器切换再生筑精制系统设置两个氮吸附器RAOl和R02,正常运行时使用其中一个吸附器，当吸附达到饱和，通过低温阀的启闭，切换至另一个吸附器。此时，饱和吸附器经过泄压、杜瓦液
11、氮排放、热氮气吹扫、抽空、高纯氮置换等过程进行再生，再生完毕后重新充注液氮浸泡，做下次切换之用。2.4氯吸附器再生当颊吸附器RA03达到饱和时，关闭进气阀门，颊氮循环膜压机CP02将笳氨气打入钢瓶组，饱和吸附器经过泄压、抽空、高纯氮置换等过程进行再生，再生完毕后重新打开进气阀门，引入充装至钢瓶组的岚氢气，进行氨气纯化。2.5工艺特征疑氮精制装置主要采用小型低温制冷机和液氮做为装置的冷源，在满足系统冷量需求的基础上，小型低温制冷机的最低温度可以达到液氨温区，更低的温度将会使得气体的纯度更高，并使整个精制流程可以使用低压流程（正常情况下均采用超高压流程），大大降低了装置的安全性。在初投资、维护成本
12、及耗功上，小型低温制冷机做冷源相比传统的高压分离纯化方式有着无可比拟的优势。流程中涉及的氮氧吸附器，采用两套并联布置并浸泡在液氮中，可方便吸附饱和后进行切换和再生，同时回收泄压气体，该方式不仅提高了原料气的利用率，还可使装置保持连续运行，适合于大规模的工业生产。在系统启动、自动运行及停运过程中，设置有一套安全联锁系统，明确了允许单元启动的条件及后续需要采取的动作，通过系统温度、压力、液位、流量、设备状态等反馈，使得阀门或设备立即开闭和启停，进行一系列的联锁保护，从而避免事故的发生。第二章基本常识3、空气分离有哪几种方法？答:空气中的主要成分是氧和氮，它们分别以分子状态存在。分子是保持它原有性质
13、的最小颗粒，直径的数量级在10-8cm,而分子的数目非常多，并巨不停地在作无规则运动，因此，空气中的氧、氮等分子是均匀地相互搀混在，起的，要将它们分离开是较困难的。目前主要有3种分离方法。（1）低温法先将空气通过压缩、膨胀降温.直至空气液化，再利用氧、氮的气化温度（沸点）不同（在气压力下，氧的沸点为90K,氮的沸点为77K）.沸点低的氮相对于氧要容易气化这个特性，在精储塔内让温度较高的蒸气与温度较低的液体不断相互接触，液体中的氮较多地蒸发，气体中的氧较多地冷凝.使上升蒸气中的含氮量不断提高，下流液体中的含氧量不断增大，以此实现将空气分离。要将空气液化，需将空气冷却到100K以下的温度，这种制冷
14、叫深度冷冻;而利用沸点差将液空分离的过程叫精馈过程.低温法实现空气分离是深冷与精馈的组合，是目前应用最为）一泛的空气分离方法。吸附法它是让空气通过充填有某种多孔性物质一分于筛的吸附塔，利用分子筛对不同的分子具有选择性吸附的特点，有的分子筛（如5A,I3X等）对氮具有较强的吸附性能，让氧分子通过，因而可得到纯度较高的氧气；有的分子筛（碳分子筛等）对氧具有较强的吸附性能，让氮分子通过，因而可得到纯度较高的氮气。由于吸附剂的吸附容量有限、当吸附某种分子达到饱和时，就没有继续吸附的能力，需要将被吸附的物质驱赶掉，才能恢复吸附的能力。这一过程叫“再生”。因此，为了保证连续供气，需要有两个以上的吸附塔交替
15、使用。再生的方法可采用加热提高温度的方法（TSA）,或降低压力的方法（PSA）。这种方法流程简单，操作方便，运行成本较低，但要获得高纯度的产品较为因难，产品氧纯度在93%左右。并且，它只适宜于容量不太大(小于4000m3h)的分离装置。(3)膜分离法它是利用一些有机聚合膜的渗透选择性，当空气通过薄膜(0.1Um)或中空纤维膜时，氧气的穿透过薄膜的速度约为氮的4一5倍，从而实现氧、氮的分离这种方法装置简单，操作方便，启动快，投资少，但富氧浓度一般适宜在283S肠,规模也只宜中、小型，所以只适用于富氧燃烧和庆疗保健等方面。目前在玻璃窑炉巾已得到实际应用O4、空气中含有哪些稀有气体，它们有何用途？答
16、:空气中除氧、氮、氢外，还含有极少量的筑、氢，氟、旅等稀有气体。按体积分数计，汽约占15X1018X106,M4.6X105.3X10,就只有L08X10-6,债占o.o8Xl俗称“黄金气体”由于它们的含量很少，提取的工艺复杂，只有在容量大100OOm3/h的制氧机上才能考虑是否配置提取装置。氮、氮的液化温度很低，在常压下筑的液化温度为27.26K,氨为4.2IKa就具有很大的惰性,液笳作为低温实验室的冷却剂十分安全。在液氮温度下,导体将失去电阻，电流通过时无损失，形成“超导电性”，可制成超导电机。因此，随着超低温技术的发展，液氨将起到越来越重要的作用。氢具有很大的惰性，在冶炼特种稀有金属钛、
17、错以及半导体硅、褚等时，要用氮作保护气。对熔点高、厚度大的高级合金的焊接与切割.也需要用氧气保护。氢具有强烈的扩散性，渗透能力特别强。因此，对要求特别严格的压力容器和真空系统，氮是最好的检漏指示剂。此外，氨是超低温制冷机的最佳制冷工质。氧液化器、氮制冷机可以获得接近绝对零度的低温。用液氨操作的泵，可以达到电子工业中需要的133.32X1(TPa的高真空度和在宇宙空间研究中需要的133.32X1Oel33.32X1012Pa超真空度。在原子物理方面。氢的原子核被作为a粒子。在原子工业中，普遍应用氮气作为保护气。原子反应堆中氮不仅作为保护气，还可以作为冷却剂。因为氢的化学性质不活泼，对燃烧装置无腐
18、蚀作用，能提高反应堆的温度和效率。由于氧气本身的热导率高，冷却效果好。在医疗方面，1:4的氧和氮的混合气能很快浸透肺部，加速氧和二氧化碳的交换，可以洽疗气喘、气管、喉部疾病，以及潜水病等。在潜水作业中，若用普通空气，在深度50以下，溶解在血液中的氮会引起麻醉，潜水员有生命危险。所以，潜水员在深水作业时，不能用纯氧，而需要用氧、氢混合气代替空气.供潜水员呼吸，可以保证20OIn深水作业的安全。因此，氯气的消耗量很大。由于氢气比氢气安全，可以用氯气代替氢气充填飞船、气象气球等。氯气还可以作为色谱和载气。随着宇宙空间技术、激光技术和红外线探测技术的发展，氨还有着广泛的用途。氮气充填在灯泡中呈红色，长
19、期被用来充填颊信号装置及各种放电管,还广泛用于激光技术、红外线检测等方面.氮气的气化潜热比氯气大40倍。因而可以作为超低温的制冷剂.其最低温度为-245.9。窟、氧气还可用于多孔物质的真密度和表面积的测量。氯、债主要用于电光源方面。氮、债，氮混合气充装的灯泡体积小、寿命长、效率高。一般比白炽灯的效率高45倍,寿命可增加23倍。闪光灯、频闪观测器等都应用氟、流气。由于流灯的放电强度超过太阳光的放电强度，所以用债气充填的长弧氮灯，俗称“小太阳”,其穿雾能力极强。可用于机场、车站、码头等处的照明.也可以应用于战场上另外，岚气的分子量较大，有很强的麻醉作用，在医学上是理想的麻醉剂流还具有不透过X射线的
20、性质.被用于脑X光摄影的造影剂，也应用于遮蔽X射线。5、压力表示什么意义常用什么单位？答：单位面积上的作用力叫压力。对静止的气体，压力均匀地作用在与它相接触的容器(气瓶、储气罐)的壁面上；对于液体，由于液体本身受到重力的作用，底部的压力高于表面的压力，而且随深度增加而增大。按国家标准，力的单位为牛(N),面积的单位为m2,则压力的单位为Nm2,叫帕(Pa)。工程上应用此单位嫌太小，实际常用它的106倍,即lMPa=106Pao以前工程上习惯用大气压作为压力单位，并用液柱高度来测量压差。它与MPa的关系为：1工程大气压（at）=lkgfcm2=0.098MPago.IMPa1标准大气压（atm）
21、二76OmnIHg=1.033工程大气压二0.1013MPa标准大气压目前是作为确定一些理化数据的基准压力，一般不作为压力的单位使用。工程大气压是作为压力的一种单位，一个工程大气压在数值上接近周围大气产生的压力。液柱高度表示液体在重力作用下的力（重量）对单位面积增加的压力。液柱产生的压力还与液体的密度（P）有关，计算公式为P=PghImmHzO产生的压力为：1000kgm3x9.8ms2x0.001m=9.8PaIITm）Hg产生的压力为：13600kgm3x9.8ms2x.001m=133.2Pa=13.6mmH206、压力表测的压力是气体真正的压力吗？答：压力表测量的压力数值反映压力的高低
22、，但并不是实际的压力。根据压力表的工作原理，测得的压力是实际压力（绝对压力）与周围大气压力的差值。如图2所示，当实际压力高于大气压力时，测得的压力叫表压力。绝对压力应等于表压力加上大气压力：绝对压力二表压力+大气压力当实际压力低于大气压力时，测得的压力叫真空度，也叫负压。绝对压力等于大气压力减掉真空度：绝对压力二大气压力-真空度由于大气压力近似等于0.1MPa,所以当压力较高时，表压力加上该数值就近似等于绝对压力。例如，下塔的表压力为0.48MPa,则绝对压力为O.48MPa+0.IMPa=O.58MPa07、温度表示什么意义，常用什么单位？答：通俗地说，温度反映物体冷热的程度。从本质上说，温
23、度反映物质内部分子运动激烈的程度。温度降低到一定程度，水可以变成固体，空气也可以变成液体。定量地表示温度的高低有不同的温标。最常用的是摄氏温标,取标准大气压下水的冰点为0,水的沸点为100oCo将其间分为100等分，每一等分为1度。低于冰点的温度则为负。例如，氧在标准压力下的液化温度为T82.8C。另一种温标为开尔文温标，也叫热力学温标，记为K。它与摄氏温标的分度相同，但零点不同。0相当于273.15K。即OK=273.15。他们的关系如图3所示。T(K)=t()+273.15t(0C)=T(K)-273.15因此，采用开尔文温标，温度均为正值。氧在标准大气压下的液化温度为-182.8C,开尔
24、文温度为：-182.8oC+273.15=90.35K8、什么叫摩尔，为什么要用这个单位？答：摩尔(mol)是化学中作为物质的量的单位。任何物质均由原子、分子组成，不同的分子具有不同的质量，通常用相对分子质量表示。例如，氧的相对分子质量为32；氮的相对分子质量为28。相同的物质的量(mol)的不同物质，表示具有相同的分子数，但具有不同的质量。Imol氧的质量为32g,Imol氮的质量是28g因此，用摩尔表示物质的量时，需同时标明是什么物质。相同摩尔的不同气体，占有相同的体积。在标准状态下（0,OlOI325MPa）InIOl氧、ImOI氮等气体均占22.4L的体积，对IknIOl气体的体积则为
25、22.4m3。因此，对这些物质的热物理性质的数据，例如比焙等，均以每kmol给出，这样，要换算成每标准立方米，只需除以22.4即可；要换算成每kg,则只需除以摩尔质量（数值等于相对分子质量）即可。使用这个单位在作理论计算时有许多方便之处,在表示物质的热力学性质的图表中，通常给出的单位物质的焰、端值都是指每ImOl（或IkmoD时的值。9、什么叫烂？用什么单位？答：在有关制氧机的书刊和技术资料中，经常会遇到“熔”这一个名词。它表示什么意思呢?简单地说，焰是表示物质内部具有的一种能量的物理量，也就是一个表示物质状态的参数。单位是能量的单位:kJ或kjkgo我们知道，宏观表示物体所具有的能量是动能和
26、位能。动能的大小取决于他的质量和运动速度；位能是由地球的引力产生，取决于物体的质量和离地面的距离。在物质内部，它是由大量分子组成的，分子在不停地做乱运动，具有分子运动的动能。温度越高,分子运动越激烈，分子运动的动能就越大。分子相互之间也有吸引力，分子间距离不同,相互吸引的位能也改变。这种肉眼所不能看见的物质内部具有的能量叫“热力学能”。物质由液态变为气态，是这种能量增大的体现。对于流体（液体、气体），当在缓慢流动时，虽然宏观运动的动能很小，但是，后面的流体必须为反抗前面的流体的压力做功，才能往前流动。自行车胎打气就是一个做功使气体流入轮胎的过程。根据能量转换定律，这个推进功将转变成流体携带的能
27、量，叫做流动能，它与推进的压力有关，等于压力P与体积V的乘积pV。在流动的流体内部，除了热力学能U之外，还有这部分流动能。为了方便，将这两部分能量之和，称为“熔，用符号H(对单位量流体用h)表示。即焙二热力学能+流动能H=U+pV或h=p+pv在给氧气瓶充气时，可以感到气瓶的温度升高，就是因为带入的能量中有一部分是流动能，而进入瓶后不再流动，这部分流动能又转换成瓶内气体的热力学能，反映出温度升高。实际的氧气生产过程要经历气体压缩、膨胀、加热、冷却等，均为流动过程，它的能量变化都体现在蜡的变化。因此，在作定量分析计算时，经常要用到焰这个物理量，计算焰的数值。能量的单位是焦(J)或千焦(kJ),焰
28、也具有能量的单位。对单位数量的焰h(比焰)，常用单位为J/mol或kj/kmol。10、什么叫编，有何用途？答：端与温度、压力、焰等一样，也是反映物质内部状态的一个物理量。它不能直接用仪表测量，只能推算出来，所以比较抽象。在作理论分析时，有时用蜡的概念比较方便。在自然界发生的许多过程中，有的过程朝一个方向可以自发地进行,而反之则不行。例如，一个容器的两边装有温度、压力相同的两种气体，在将中间的隔板抽开后，两种气体会自发地均匀混合，但是，要将它们分离则必须消耗功。混合前后虽然温度、压力不变，但是两种状态是不同的，单用温度与压力不能说明它的状态。两个温度不同的物体相互接触时，高温物体会自发地将热传
29、给低温物体，最后两个物体温度达到相等。但是,相反的过程不会自发地发生。上述现象说明，自然界发生的一些过程是有一定的方向性的，这种过程叫不可逆过程。过程前后的两个状态是不等价的。用什么物理量来度量这种不等价性呢?通过研究，找到了“燧”这个物理量。有些过程在理想情况下有可能是可逆的，例如气缸中气体膨胀时举起一个重物做了功，当重物下落时有可能将气体又压缩到原先的状态。根据端的定义，焙在一个可逆绝热过程的前后是不变的。而对于不可逆的绝热过程，则过程朝嫡增大的方向进行。或者说，嫡这个物理量可以表示过程的方向性，自然界自发进行的过程总是朝着总燧增加的方向进行，理想的可逆过程总焙保持不变。对上述的两个不可逆
30、过程，它们的终态的燧值必大于初态的嫡值。在制氧机中常遇到的节流阀的节流膨胀过程和膨胀机的膨胀过程均可近似地看成是绝热过程。二者膨胀后压力均降低。但是，前者是不可逆的绝热膨胀，膨胀前后嫡值肯定增大。后者在理想情况下膨胀对外作出的功可以等于压缩消耗的功，是可逆绝热膨胀过程，膨胀前后燧值不变，叫等蜡膨胀。实际的膨胀机膨胀会有损失，也是不可逆过程，焙也增大。但是，它的不可逆程度比节流过程小，增加的场值也小。因此，燧的增加值反映了这个绝热过程不可逆程度的大小。在作理论分析计算时，引入燧这个状态参数很为方便。燧的单位为J(molK)或kj(kmolK)。但是，通常关心的不是嫡的数值，而是爆的变化趋势。对实
31、际的绝热膨胀过程，烯必然增加。焙增加的幅度越小，说明损失越小，效率越高。11、什么叫饱和温度、饱和压力，它们与沸点、蒸发温度、冷凝温度等有什么样的关系？答：饱和温度与饱和压力是气液平衡中的术语。如果在一密闭的容器中未充满液体，则部分液体分子将进入上部空间，称为“蒸发。随着空间内蒸气分子数目增加，它所产生的蒸气压力也提高，到一定的时候，空间内的蒸气分子数目不再增加，此时，离开液体的分子数与从空间返回液体的分子数达到了动态平衡，也叫达到了“饱和状态”。这时蒸气所产生的压力叫“饱和压力”。对同一种物质，饱和压力的高低与温度有关。温度越高，分子具有的能量越大，越容易脱离液体而气化,相应的饱和压力也越高
32、。一定的温度，对应一定的饱和压力，二者不是独立的。因此，在饱和状态下，饱和压力所对应的温度也叫“饱和温度”。通常可从手册中查到各种物质的饱和温度与饱和压力的关系。平常见到的水在空气中的气化过程可分为蒸发和沸腾两类。蒸发是在水的表面进行，沸腾是在液体内部同时发生气化的过程。在一定的压力下，当液体温度升高到产生沸腾时的温度叫“沸点ts”。对纯物质来说，蒸发与沸腾没有本质的区别，沸点也叫“蒸发温度”。密闭在定压容器内的液体进行加热时，开始液体的温度t低于沸点ts,全部处于液态，叫过冷液体；当对液体加热温度升高到沸点时,液体将开始气化，叫饱和液体；在气化阶段，蒸气的数量不断增加，温度维持沸点不变，直至
33、液体全部气化成蒸气，叫饱和蒸气。在气化阶段容器内的气液具有相同的温度。沸点与压力的关系，和饱和温度与饱和压力的关系相同。因此，沸点就是同样压力下的饱和温度。二者具有相同的意义，只是不同的说法。把气液共存的状态叫处于饱和状态。对饱和蒸气继续加热，蒸气的温度才升高，超过饱和温度，叫过热蒸气。冷凝过程是蒸发的反过程。对纯物质，冷凝温度也叫液化温度，它等于相同压力下的蒸发温度。饱和温度则可将二者统一起来。12、什么叫临界温度、临界压力？答：对同一种物质来说，较高的饱和压力对应较高的饱和温度。提高压力则可以提高液化温度，使气体变得容易液化。即在一定温度下，可以通过提高压力来使它液化。但是，对每一种物质来
34、说，当温度超过某一数值时，无论压力提得多高，也不可能再使它液化。这个温度叫“临界温度”。临界温度是该物质可能被液化的最高温度。与临界温度对应的液化压力叫临界压力。不同的物质具有不同的临界温度和临界压力。物质名称空气02N2H20NH3C02H2临界温度/-140.65-140.75-118.40-146.90374.15132.4031.00-239.60临界压3.868-3.8765.0793.39422.5611.587.5301.320力/MPa50在临界温度及临界压力下，气态与液态已无明显差别；超过临界压力时，温度降至临界温度以下就全部变为液体，没有相变阶段和相变潜热。反之的气化过程也
35、相同。对内压缩流程，液氧在装置内压缩到所需的压力后再在高压热交换器中复热气化。如果液氧的压缩压力低于临界压力（例如炼钢用氧压力3.OMPa）,则在热交换器的气化过程中，有一段吸收热量、温度不变的气化阶段，然后才是气体温度升高的过热阶段；如果液氧的压缩压力高于临界压力（例如化学工业用氧压力6.OMPa或更高）,则在热交换器的气化过程中，没有一个温度不变的气化阶段。这将影响高压热交换器的传热性能，在设计时需要充分考虑。13、什么叫分压力？答：由几种不同的气体均匀地混合在一起，所组成的气体混合物叫“混合气体”。空气就是一种混合气体。组成混合气体的每一种成分叫“组分”。在混合气体中，各种组分的气体分子
36、分别占有相同的体积（即容器的总空间）和具有相同的温度。混合气体的总压力是各种分子对器壁产生撞击的共同作用的结果。每一种组分所产生的压力叫分压力，它可看作在该温度下各组分分子单独存在于容器中时所产生的压力Pno实验证明，混合气体的总压力户等于各组分的分压力Pn之和：P=P1+P2+Pn14、什么叫绝对湿度?答：由于水的不断蒸发，空气中总含有部分水蒸气。这种含有水蒸气的空气称为“湿空气”。一定体积的空气中含有的水蒸气越多，空气就越潮湿；含有的水蒸气越少，空气就越干燥。因此，空气的干湿程度可以用每立方米空气内所含的水蒸气数量来表示，这叫空气的“绝对湿度”，单位为kgm3(或gm3)o实际上要直接测定
37、空气中的水蒸气含量比较困难。我们知道，水蒸气产生的分压力与其含量有关，是成正比关系。因此，也可以用空气中所含的水蒸气产生的分压力PW(Pa)来表示空气的绝对湿度Pwww(kgm3)O它们的关系为Pww=Pw(RwT)式中Rw-水蒸气的气体常数,Rw=461.7J(kgK)；T一湿空气的温度，Ko15、什么是饱和含量？答：空气中所能容纳的水蒸气含量是有一定限度的。当达到某一数值时，含量不能继续增多，多余部分会以液态水的状态析出。这个最大允许含量叫饱和含量。在日常生活中我们可以看到，在密封容器中，水蒸发到一定程度就不再继续蒸发。这是因为在开始时，空间中水蒸气的分子数目较少，液体中有较多水分子可跑到
38、空间中去，使空间的水蒸气分子数目增多。与此同时，也有一部分水蒸气分子会跑到液体中去。当离开液体的分子数目与跑回到液体中去的分子数目相等时，空间的蒸气分子数目不再增加，即蒸气的含量达到最大值。在饱和含量下蒸气不再增加，即蒸气的含量达到最大值。在饱和含量下蒸气分子所产生的分压力叫饱和分压力。在敞开的大空间内，当空气较潮湿时，衣服不易晾干，这也是因为空间中的水蒸气分子达到了饱和，即空气中水蒸气的分压力达到饱和分压力，湿衣服上水分无法再蒸发到空间中去的缘故。随着温度的升高，分子运动的能量增加，有更多的分子可以脱离液体表面的引力而进入空间，变成蒸气，这就可使蒸发过程加剧。温度降低时则相反，分子运动的能量
39、减少到一定程度，因互相吸引而冷凝成液体。所以，随着温度的升高，空气中能够容纳的水蒸气越多。温度越高，所对应的水蒸气最大含量（饱和含量）也越大；在饱和含量时水蒸气所产生的分压力（饱和水蒸气压）也越高。它们之间有一一的对应关系。16、什么叫相对湿度？答：在许多实际问题中，即使绝对湿度相同，由于温度不同，对应的饱和含量也不同，即在空气中能容纳的水分数量也不同。因此，蒸发的快慢就不一样。为了能表示空气中水分含量离饱和状态的远近，采用了相对湿度的概念。相对湿度是指每立方米空气中的水蒸气含量Pw（gm3）与当时温度下最大允许含量（饱和含量）Ps（gm3）之比若用“表示相对湿度，则中二（Pw/Ps）X100
40、%由于水蒸气的含量与它的分压力成正比，所以相对湿度也可以表示为空气中水蒸气的分压力Pw与当时温度下饱和水蒸气的分压力Ps之比。BP：=(PwPs)100%例如，空气的温度为8时，水蒸气的分压力Pw=800Pa（6m汞柱），由表8可查得8时的饱和水蒸气压力为Ps=1066Pa（8mm汞柱）。这说明水蒸气含量尚未达到饱和，其相对湿度为=800/1066100%=75%当空气中水分达到饱和时，则相对湿度为100%;干燥空气的相对湿度为0%。因此，相对湿度是在0%100%之间。由于饱和蒸气压随温度降低而减小，因此，即使相对湿度均为100%,但是，在不同温度下空气中的水分含量（绝对湿度）是不同的。例如,
41、在空分装置的切换式换热器中，空气温度不断降低，虽然空气的相对湿度始终为100%,但是绝对湿度却不断在减少，最终能使空气中的水分全部析出，几乎不含水分。17、什么叫露点，为什么能用露点表示空气中的水分含量？答：在日常生活中我们可以看到，到夜间空气温度降低时，空气中的水分会有一部分析出，形成露水或霜。这说明在水蒸气含量不变的情况下，由于温度的降低，能够使空气中原来未达饱和的水蒸气可变成饱和蒸气，多余的水分就会析出。使水蒸气达到饱和时的温度就叫作“露点”。测得露点温度，就可以从下表中查得其水蒸气含量。由于温度降低过程中水蒸气含量并没有改变，因此，测定露点实际上就是测定了空气中的绝对湿度。如果露点越低
42、，表示空气中的水分含量越少。露点可用专用的露点仪测定。例如，空气经干燥器后的露点为-50,由表中可查得：与-50对应的饱和水分含量为0.038gm3,说明空气中尚含有这些水分。如果露点为-60,则饱和水分含量为0.011gm3o露点越低，说明干燥程度越高。18、空分的容量是如何表示的，什么叫标准立方米？答：制氧机容量的大小通常用每小时生产的氧气数量来表示，m3ho但是，对气体来说，由于气体有很大的可压缩性，同样数量的气体,当压力和温度变化时，体积也会发生变化。因此，当用体积表示气体数量时，必须指明是在什么温度和压力下的体积。通常把1标准大气压(0.1013MPa)、0的状态称为标准状态，在该状
43、态下占的体积叫标准立方米。因此，表示制氧机各种产品用每小时的体积产量m3h为单位时，实际都是指标准状态下的体积。1标准立方米的不同气体的质量是不同的，对氧气为1.429kg；对氮气为L25kg；空气为L293kg。但是，对不同的气体，当它的质量等于它的分子相对质量时，则都具有相同的标准体积。即32kg氧气，28kg氮气，39.951氤气等气体都占22.4川3的标准体积。19、名词解释什么是加工空气？答：指用来分离气体和制取液体的原料空气。什么是标准状态？答：指温度为0、压力为10L325kPa时的气体状态。什么是节流？答：流体通过锐孔膨胀而不作功来降低压力过程。什么是节流效应？答：气体膨胀不作
44、功产生的温度变化。什么是膨胀？答：流体压力降低，同时体积增加。什么是空气膨胀？答：空气在膨胀机内绝热膨胀，同时对外作功的过程。什么是温差？答：指冷热流体两表面或两环境之间有热量传递时的温度差。什么是热端温差？答：指冷热流体在换热器热端的温度差。什么是冷端温差？答：指冷热流体在换热器冷端的温度差。什么是液汽比（回流比）？答：在精储塔中下流液体量与上升蒸汽量之比。什么是液泛？答：在精福塔中上升蒸汽速度过高，阻止了液体正常往下溢流的工况。什么是跑冷损失？答：在低于环境温度下工作的设备与周围介质存在的温差所产生的冷量损失。什么是复热不足损失答：在换热器热端冷热流体间存在的温差而导致冷量回收不完全的损失
45、。什么是冷量损失？答：指空气分离设备的冷箱由于跑冷和复热不足的冷量损失。稀有气体有哪些？答：有氮、笳、氯、氟、氤等五种气体。什么是蒸发？答：在某种温度下，液体的外露界面上进行的汽化过程。什么是沸腾？答：气泡的生成如果不仅在液体的自由表面，并且在整个体积内进行,与汽化的区别在于沸腾是在特定的温度（所谓的沸腾温度或沸点）下进行。什么是易挥发组份？答：在同一压力下所对应的饱和温度越低，表示该物质越容易被汽化。什么是过冷液体？答：温度低于该压力所对应饱和温度的液体，也叫未饱和液体。*任何物质都能以气液固的形式出现，并在一定条件下发生相互转化。什么是热力学第一定律？答：当某一定量机械能产生时（即完成了功
46、），必有相当的热量消失掉，反之，当消耗了一定量的功时，（即消耗了机械功），必发生相当的热量。*=2I=QAWA.绝热过程：Q=O,则-AWB.等容过程W=O,则C.当工质完成热力循环后，系统回到原状态U2二l,则Q=AW温度C饱和水分含量gm3饱和蒸汽压Pa温度饱和水分含量gm3饱和蒸汽压Pa4050.917368.624-121.81217.38243846.006618.70S-141.52181.28523641.515935.392-161.27150.78243437.405314.68-181.06125.07483233.644483.512-200.888103.36323030.304238.42-220.73685.2482827.203776.22-240.59070.06322624.303357.972-260.50457.2762421.802981.016-280.41446.75322219.402641.356-300.34038.09522017.302336.33-320.27730.76921815.362061.936-340.22624.90841613.631815.516-360.18420.11321412.051597.068-380.14916.11721210.681401.264-400.12012.920
