空氣分離的幾種方法

1、一、空氣分離的幾種方法1、低溫法（經(jīng)典，傳統(tǒng)的空氣分離方法）壓縮 一膨脹液化（深冷）一精餾低溫法的核心2、吸附法：利用固體吸附劑（分子篩、活性炭、硅膠、鋁膠）對(duì)氣體混合物中某些特 定的組分吸附能力的差異進(jìn)行的一種分離方法。特點(diǎn)：投資省、上馬快、生產(chǎn)能力低、純度低93%左右）、切換周期短、對(duì)閥的要 求或壽命影響大。3、膜分離法：利用有機(jī)聚合膜對(duì)氣體混合物的滲透選擇性。O2穿透膜的速度比N2快約4-5倍，但這種分離方法生產(chǎn)能力更低，純度低（氧氣純度約25%35%）二、學(xué)習(xí)的基本內(nèi)容1、低溫技術(shù)的熱力學(xué)基礎(chǔ)一一工程熱力學(xué)：主要有熱力學(xué)第一、第二定律；傳熱學(xué)：以蒸發(fā)、沸騰、冷凝機(jī)理為主；流體力學(xué)：伯努

2、利方程、連續(xù)性方程；2、獲得低溫的方法絕熱節(jié)流相變制冷1等熵膨脹3、溶液的熱力學(xué)基礎(chǔ)拉烏爾定律、康諾瓦羅夫定律（1、2，空分的核心、精餾的核心）4、低溫工質(zhì)的一些性質(zhì)：（空氣、O、N、Ar）5、液化循環(huán)（一次節(jié)流、克勞特、法蘭德、卡皮查循環(huán)等）6、氣體分離（結(jié)合設(shè)備）三、空分的應(yīng)用領(lǐng)域1、鋼鐵：還原法煉鐵或熔融法煉鐵（噴煤富氧鼓風(fēng)技術(shù)）；2、煤氣化：城市能源供應(yīng)的趨勢(shì)、煤氣化能源聯(lián)合發(fā)電；3、化工：大化肥、大化工企業(yè)，電工、玻璃行業(yè)作保護(hù)氣；4、造紙：漂白劑；5、國防工業(yè)：氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)、火箭燃料；6、機(jī)械工業(yè)；四、空分的發(fā)展趨勢(shì)O現(xiàn)代工業(yè)一一大型、超大型規(guī)模；O大化工一一煤帶油：以煤為原料生產(chǎn)甲

3、醇；O污水處理：富氧曝氣；O二次采油；第一章空分工藝流程的組成一、工藝流程的組織我國從1953年，在哈氧第一臺(tái)制氧機(jī)，目前出現(xiàn)的全低壓制氧機(jī)，這期間經(jīng)歷了幾代變革：第一代：高低壓循環(huán)，氨預(yù)冷，氮?dú)馔钙脚蛎?，吸收法除雜質(zhì)；第二代：石頭蓄冷除雜質(zhì)，空氣透平膨脹低壓循環(huán)；第三代：可逆式換熱器；第四代：分子篩純化；第五代：，規(guī)整填料，增壓透平膨脹機(jī)的低壓循環(huán)；第六代：內(nèi)壓縮流程，規(guī)整填料，全精餾無氫制氬；。全低壓工藝流程：只生產(chǎn)氣體產(chǎn)品，基本上不產(chǎn)液體產(chǎn)品；。內(nèi)壓縮流程：化工類：58MPa :臨界狀態(tài)以上，超臨界；鋼鐵類：3.0 MPa，臨界狀態(tài)以下；二、各部分的功用凈化系統(tǒng)一壓縮一冷卻 一純化一分餾

4、（制冷系統(tǒng)，換熱系統(tǒng)，精餾系統(tǒng)）f液體：貯存及汽化系統(tǒng)；氣體：壓送系統(tǒng)；。凈化系統(tǒng)：除塵過濾，去除灰塵和機(jī)械雜質(zhì)；。壓縮氣體：對(duì)氣體作功，提高能量、具備制冷能力；（熱力學(xué)第二定律）。預(yù)冷：對(duì)氣體預(yù)冷，降低能耗，提高經(jīng)濟(jì)性有預(yù)冷的一次節(jié)流循環(huán)比無預(yù)冷的一次節(jié)流循環(huán)經(jīng)濟(jì)，增加了制冷循環(huán)，減輕了換熱器的工作負(fù)擔(dān)，使產(chǎn)品的冷量得到充分的利用；。純化：防爆、提純；吸附能力及吸附順序?yàn)椋篐2O C2H2 氣；。精餾：空氣分離換熱系統(tǒng)：實(shí)現(xiàn)能量傳遞，提高經(jīng)濟(jì)性，低溫操作條件；制冷系統(tǒng)：維持冷量平衡液化空氣（膨脹機(jī)W+M節(jié)流閥險(xiǎn)膨脹機(jī)制冷量效率高：膨脹功W；冷損：跑冷損失Q1復(fù)熱不足冷損Q2生產(chǎn)液體產(chǎn)品帶走的

5、冷量Q3Q Q + Q + Q123第一節(jié)凈化系統(tǒng)一、除塵方法：1、慣性力除塵：氣流進(jìn)行劇烈的方向改變，借助塵粒本身的慣性作用分離；2、過濾除塵：空分中最常用的方法；3、離心力除塵：旋轉(zhuǎn)機(jī)械上產(chǎn)生離心力；4、洗滌除塵：5、電除塵：二、空分設(shè)備對(duì)除塵的要求對(duì)0.1 pm以下的粒子不作太多要求，因過濾網(wǎng)眼太小，阻力大；對(duì)0.1 pm以上的粒子要100%的除去；三、過濾除塵的兩種過濾方式1、內(nèi)部過濾：松散的濾料裝在框架上，塵粒在過濾層內(nèi)部被捕集；2、表面過濾：用濾布或?yàn)V紙等較薄的濾料，將塵粒黏附在表面上的塵粒層作為過濾層，進(jìn)行塵粒的捕集；自潔式過濾器：1 Pm以上99.9%以上；阻力大于1.5KPa

6、。就進(jìn)行自清除；文丘里管（文式管）：將空氣壓力能轉(zhuǎn)換為速度能；濾筒可以工作時(shí)更換；四、除塵裝置的性能評(píng)價(jià)1、流量（處理能力）：選加工空氣量的兩倍；2、壓力損失；3、除塵效率；4、壽命；第二節(jié)空氣壓縮系統(tǒng)概念：N 等溫效率：等溫效率門t，為等溫功率N t與軸功率N之比，即：門t =N控制調(diào)節(jié)能力：防喘振；振動(dòng)：經(jīng)濟(jì)性：好的用汽輪機(jī)，蒸汽機(jī)，燃汽輪機(jī)；第三節(jié)空氣預(yù)冷系統(tǒng)、分類1、氮水預(yù)冷：適用于大中型空分；2、冷水機(jī)組：適用于4000的空分;、組成空冷塔，水冷塔，水泵，冷水機(jī)組氮水預(yù)冷系統(tǒng)分為兩類：空壓機(jī)末級(jí)冷卻器與空冷塔合二為一：氮水預(yù)冷系統(tǒng)熱負(fù)荷大，傳熱溫差大，常用;空壓機(jī)末級(jí)冷卻器單獨(dú)設(shè)置；

7、三、工作原理利用來自冷箱內(nèi)污氮、氮?dú)夂牟伙柡托晕照舭l(fā)潛熱使循環(huán)水降溫；潛熱一一相變；潛熱交換顯熱交換；常溫：水10OC水蒸氣100千卡以上；水100C水蒸汽539千卡；冷箱內(nèi)來的W相對(duì)濕度為20%30%，非常干燥，相對(duì)濕度是相變發(fā)生的主要條件。四、預(yù)冷系統(tǒng)的作用1、實(shí)現(xiàn)空氣的等溫壓縮，增大等溫效率；2、降低空氣進(jìn)主換熱器的溫度；3、使純化條件工作在最佳狀態(tài)。TI注等溫線一等溫節(jié)-流效應(yīng)等焓線-一S五、設(shè)置氮水預(yù)冷系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)1、保證冷量充足（膨脹量可減少）；2、減少主換熱器的熱負(fù)荷；3、減低空氣的飽和含水量，減輕純化系統(tǒng)的工作負(fù)荷;4、溫度越低，工況越穩(wěn)定。六、結(jié)構(gòu)類型1、空冷塔：a.空筒

8、式：洗滌空氣灰塵、NH3,H2S等；大孔徑穿流板；阻力較大，10KPa以上；散堆填料：目前使用最多，鮑爾環(huán)：表面積大，傳質(zhì)效果好，阻力小;2、水冷塔；a.噴淋式；塔板式；散堆填料；3、冷水機(jī)組：逆卡諾循環(huán)第四節(jié)純化系統(tǒng)空氣是多組分組成，除氧氣、氮?dú)獾葰怏w組分外，還有水蒸汽、二氧化碳、乙炔及少量 的灰塵等歸體雜質(zhì)。這些雜質(zhì)隨空氣進(jìn)入空壓機(jī)與空氣分離裝置中會(huì)到來較大危害，固體雜 質(zhì)會(huì)磨損空壓機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)部件，堵塞冷卻器，降低冷卻效果；水蒸氣和二氧化碳在空氣冷卻過程 中會(huì)凍結(jié)析出，將堵塞設(shè)備及氣體管道，致使空分裝置無法生產(chǎn)；乙炔進(jìn)入空分裝置后會(huì)導(dǎo) 致爆炸事故的發(fā)生，所以為了保證制氧機(jī)的安全運(yùn)行，清除這些雜

9、質(zhì)是非常有必要的。一、H2O, CO2,C% 凈除的幾種方法1、吸收法：2NaOH + CO2 = NaCO3 + H2O 現(xiàn)在已不使用；2、凍結(jié)法：切換板式：利用氮?dú)庹舭l(fā)和升華。淘汰的原因：要求污氮的量大，氧氮產(chǎn)量 1： 1.2；3、吸附法：利用固體吸附劑對(duì)氣體混合物中多組分吸附能力的差異進(jìn)行的；氧氮產(chǎn)另比 1： （2.53.5）；二、吸附過程的基本原理當(dāng)氣體與固體吸附劑相接觸時(shí)，在固體表面或內(nèi)部將發(fā)生容納氣體的現(xiàn)象（被吸附 的物質(zhì)叫吸附質(zhì)，起吸附作用的物質(zhì)叫吸附劑）。三、吸附的兩種類型1、物理吸附：靠分子間作用力（范德華力），吸附劑與吸附質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)基本不變；2、化學(xué)吸附：靠吸附質(zhì)與吸附劑

10、形成化學(xué)鍵，由于吸附鍵的結(jié)構(gòu)影響，化學(xué)性質(zhì)變化 的。吸附是一個(gè)傳質(zhì)過程，有兩個(gè)階段：外擴(kuò)散：從氣體的主體通過吸附劑顆粒周圍氣膜到顆粒表面；從表面進(jìn)入空穴內(nèi)部有表面擴(kuò)散和空擴(kuò)散。.四、對(duì)吸附劑的幾點(diǎn)要求1、吸附劑必須是多孔性物質(zhì)：2、吸附劑必須有特定的選擇性；3、吸附容量要大；4、能再生且能多次使用；5、有足夠的機(jī)械強(qiáng)度不破碎；6、價(jià)格便宜；五、吸附劑的分類1、活性炭；2、硅膠：硅膠的化學(xué)式為：SiO2 nH2O。當(dāng)硅膠吸附水分時(shí)，可以達(dá)到自身重量的50%，相對(duì)濕度為60%時(shí)，吸濕量也可達(dá)到24%，但是硅膠吸附水分后溫升高， 易破碎；可分為粗孔和細(xì)孔硅膠；3、鋁膠：即氧化鋁的水合物，化學(xué)式為A2

11、O3 nH2O ；性質(zhì)很穩(wěn)定，無毒，堅(jiān)實(shí)，浸入水中不軟化、膨脹或崩裂，耐磨抗沖擊；4、分子篩;制氧機(jī)應(yīng)用的分子篩為沸石分子篩?；瘜W(xué)通式如下：MjjEK&/SiOQQ , HQ分子篩目前主要有A型、X型和Y型；常用的有外型有球狀和條狀；尺寸為中2 6 ；目前空分上使用的分子篩都是13x分子篩，13x分子篩是一種離子形吸附劑，對(duì) 極性分子有強(qiáng)的親和力。13x分子篩有條形，球形之分；且有各種型號(hào)，可以根據(jù)所 需效果選擇。分子篩具有的吸附特點(diǎn)：選擇吸附：干燥度高：通常干燥后空氣露點(diǎn)可達(dá)到負(fù)70度；有共吸附能力：可以同時(shí)吸附水、二氧化碳、乙炔等；分子篩具有高的穩(wěn)定性，溫度達(dá)到70OC時(shí)，仍不熔性；有簡單

12、的加熱可使其再生；六、吸附過程的進(jìn)行（只不過是速度不一致，吸附平衡：當(dāng)吸附速度和脫附速度相等時(shí)（P，T 一定時(shí)），吸附與脫附是同時(shí)進(jìn)行的， 當(dāng)速度一致時(shí)就是平衡狀態(tài)）如下圖：（只不過是速度不一致，被吸組分濃，被吸組分濃轉(zhuǎn)效點(diǎn)：當(dāng)傳質(zhì)區(qū)前沿開始達(dá)到吸附度明顯增加的點(diǎn)。如上圖的E點(diǎn)。七、吸附能力的衡量1、靜吸附容量：在一定溫度和被吸附組分濃度下，每單位質(zhì)量（體積）吸附劑達(dá)到吸 附平衡時(shí)的所能吸附的最大量，即吸附劑所能達(dá)到的最大吸附量與吸附劑量的比。2、動(dòng)吸附容量：當(dāng)吸附器后剛出現(xiàn)吸附器時(shí)，吸附器內(nèi)單位質(zhì)量（體積）吸附劑的平 均吸附量，也就是吸附劑達(dá)到轉(zhuǎn)效點(diǎn)的吸附量，通常用轉(zhuǎn)效點(diǎn)來計(jì)算，即從 流體開

13、始接觸吸附劑到達(dá)“轉(zhuǎn)效點(diǎn)”的時(shí)間。一般取動(dòng)吸附容量為靜吸附容量的40%50%，計(jì)算分子篩用量的一個(gè)重要指標(biāo)。八、吸附熱吸附熱：流體分子被分子篩吸附到吸附劑表面所放出的熱量；溫度升高：氣體冷凝成液體，放熱，放熱設(shè)計(jì)計(jì)算一般取溫差3C，實(shí)際分子篩使用中溫升一般在4C6C；分子篩吸附器，以下兩種形式；雙層床單層床雙層床分子篩分子篩活性氧化鋁分子篩分子篩活性氧化鋁同時(shí)雙層床再升溫度相對(duì)低些，節(jié)能。九、影響吸附容量的因素1、吸附過程的溫度和被吸附組分的分壓力溫度越低，吸附效果越好，810C分子篩吸附效果最好；分壓越高，代表被吸附組分的濃度越高，吸附效果也越好；2、氣體流速：流速越大，吸附效果越差，動(dòng)吸附

14、容量降低是氣體與吸附劑接觸時(shí)間短。在中壓流程中，氣體進(jìn)吸附器流速為0.4m/s;在全低壓流程中，氣體進(jìn)吸附器流速為0.25m/s;3、吸附劑再生的完善程度：再生氣源溫度，進(jìn)：170C190C；出：80C95C；4、吸附劑層的厚度與水平度：水平度很重要，會(huì)影響純化器的正常有效運(yùn)行。十、結(jié)構(gòu)類型立式：中小型，占地面積??；臥式：中大型；現(xiàn)法液空：立式徑向流吸附器。十一、再生（飽和后進(jìn)行再生，恢復(fù)吸附能力）有兩種方法：1、加溫再生：利用吸附劑高溫時(shí)吸附容量降低的原理把加溫氣體通入吸附層，使吸附 層溫度升高，被吸附組分解吸；目前使用最廣泛。2、降壓再生（壓力交變?cè)偕涸偕鷷r(shí)，降低吸附器內(nèi)壓力，甚至抽真

15、空，使被吸附 分子的分壓力降低，分子濃度降低，則吸附在吸附劑表面的分子數(shù)目也相應(yīng)減小。 這是道爾頓分壓定律的理論。十二、純化系統(tǒng)的節(jié)能措施降低加熱功率，如何才能降低呢？如下：1、單層床變雙層床；2、再生過程中，加熱一一冷吹分階段進(jìn)行；3、設(shè)置蓄熱器；4、蒸汽加熱器代替電加熱器（針對(duì)有蒸汽源的用戶），蒸汽屬于無序能，低品位，電 能屬于有序能，高品位；5、采用PSA解吸技術(shù)：初投資大，運(yùn)行成本??；6、設(shè)置污氮預(yù)換熱器：（目前開始使用）在空壓機(jī)末級(jí)出口增加污氮換熱器，使污氮 達(dá)到40C50C，然后進(jìn)入加熱器再進(jìn)入純化器，但空壓機(jī)排壓增加（因?yàn)樵黾訐Q 熱器阻力增加）且進(jìn)口膨脹節(jié)以進(jìn)口為主，成本增加；第

16、五節(jié)制冷系統(tǒng) 5-1基本概念一、理想氣體具有兩個(gè)特性：a.分子間彈性，沒有作用力；b不考慮分子本身所占的體積。實(shí)際氣體在P不太高，比容較大的情況下，可以當(dāng)作理想氣體處理。Pv = RT.二、范德瓦爾方程（P + ）（v - b） = RTV 2一：分子間作用力，內(nèi)壓力；v2b :分子本身所占的氣體體積；只適用于P較小的情況，理論計(jì)算時(shí)用的較多，不能用做實(shí)際計(jì)算。三、范德瓦爾等溫線1、一個(gè)點(diǎn)：臨界點(diǎn)，氣體超過臨界點(diǎn)溫度就不能用壓縮使其液化，即氣體加壓液化是有限度的。2、兩條線：飽和相線與飽和蒸汽線。3、三個(gè)區(qū)：液相區(qū)，氣液兩相區(qū)，氣相區(qū)。4、五種狀態(tài)：汽液相比容相等，即汽液相有共同的特征；超臨界

17、或超超臨界狀態(tài)是沒有相變的；F四、溫度范圍的介定環(huán)境-15C空調(diào)專業(yè)；-15C153C普冷；-153C0.3K 深冷；0.3K以下 超低溫；5-2獲得低溫的方法一、方法：低溫技術(shù)（0IK）： a.絕熱節(jié)流，等熵膨脹;b. 4He減壓蒸發(fā);c.絕熱放氣;1K以下：a.氮稀釋；b.絕熱退磁； c. 3He減壓蒸發(fā)，3He絕熱壓縮；制冷技術(shù)：a.相變制冷：氟里昂，氨水，干冰升華；渦流制冷：是壓縮氣體產(chǎn)生渦流運(yùn)動(dòng)分離成冷熱兩種液體;溫差電制冷：利用熱電效應(yīng)；二、相變制冷的制冷量q = r = h - h = T（s， - s，）q = r = h - h:氣相焓值h:液相焓值由熱力學(xué)可知，液體的沸點(diǎn)及

18、汽化潛熱與壓力有關(guān)，壓力越低，汽化潛熱越大，制冷量 越大。 5-3氣體的絕熱節(jié)流一、節(jié)流流體經(jīng)閥門、縮徑時(shí)受到局部的阻力而造成壓力有較大的降落的過程，稱為節(jié)流過程。節(jié)流因摩擦阻力的存在一一不可逆過程一一熵增過程；流量大，流速快一一絕熱過程(即不對(duì)外作功，與外界無熱量交換)節(jié)流過程是等焓過 程，節(jié)流前后焓值不變。dq = dh - vdP二、實(shí)際氣體的節(jié)流1、理想氣體的節(jié)流：節(jié)流前后的溫度不變：a. h = f (T)；b.微分節(jié)流效應(yīng)等于零；2、實(shí)際氣體的節(jié)流：因?yàn)閷?shí)際氣體的焓值是溫度、壓力的函數(shù)，所以節(jié)流前后流體的溫度要發(fā)生變化。三、微分節(jié)流效應(yīng)，積分節(jié)流效應(yīng)dh單位壓降對(duì)應(yīng)的溫度變化;由熱

19、力學(xué)可知：dh單位壓降對(duì)應(yīng)的溫度變化;由熱力學(xué)可知：dp) h由 Pv=RT得：v = RT P帶入上式得：dhTV -vT帶入上式得：dhTV -vT.T 儒v,d h 0節(jié)流后溫度降低；b.dh=0節(jié)流后溫度不變;c.d h 0,溫度降低；2. d(PV) 0,a. d(PV)絕對(duì)值小于dU溫度降低;Pb. d(PV)絕對(duì)值大于dU溫度生高;P當(dāng)dU = d(PV)時(shí)，dU *等于0，內(nèi)動(dòng)能保持不變，節(jié)流時(shí)溫度也將保持不變，這樣的溫度稱為轉(zhuǎn)化溫度。四、轉(zhuǎn)化溫度和轉(zhuǎn)化曲線溫降越大;(空分中過冷器的設(shè)置就是利用上述理氧、氮、空氣制冷效應(yīng)溫降越大;(空分中過冷器的設(shè)置就是利用上述理氫、氮制熱采取

20、預(yù)冷的方法五、等溫節(jié)流效應(yīng)復(fù)熱：低溫氣體在等壓下恢復(fù)到 常溫時(shí)，所能吸收的熱量，等溫節(jié) 流效應(yīng)的表述：a.在等溫壓縮時(shí)獲 得；b.在節(jié)流元件中釋放；c.在復(fù)熱 中體現(xiàn)。六、影響節(jié)流溫降的兩個(gè)因素1、節(jié)流前的溫度：節(jié)流前溫度越低， 論)2、節(jié)流前后的壓差：壓差越大，溫降越大，不可逆損失大，很不經(jīng)濟(jì)。5-4氣體的等熵膨脹、微分等熵效應(yīng)(aT)1)a =Tsap JcaT Jppd a =s h cp、理想氣體的膨脹過程的溫差A(yù)TATs=t - T2 = t2個(gè),T Tn高溫高焓降；Pi增加等熵膨脹的溫降和單位制冷量的兩種方法：1、提高膨脹機(jī)前溫度；2、增大膨脹比（但有一定限制，一般取15%25%）

21、。三、膨脹溫降的熱力原因在膨脹過程中，有外功輸出，膨脹后氣體內(nèi)位能增大，需要消耗能量，這些能量需要用動(dòng)能補(bǔ)償，故氣體溫度必然降低。四、膨脹制冷量q =AhT + W五、膨脹機(jī)效率（也稱絕熱效率）絕熱效率：表示為實(shí)際膨脹過程接近理想膨脹過程的程度，即氣體的單位實(shí)際制冷量與單位理想制冷量的比值。（一般國產(chǎn)效率為0.750.8，進(jìn)口的在0.85左右）Ahh-hh =i3pAhh-hti3六、影響膨脹機(jī)制冷量大小的因素1、膨脹量：膨脹量越大，影響氧提取率，氧提取率越底，膨脹量需同時(shí)滿足冷量平衡及精餾工 況的需求。2、機(jī)前溫度：提高機(jī)前溫度，單位制冷量提高；3、機(jī)前壓力：膨脹量，增壓透平膨脹機(jī)：增大膨脹

22、比，增大單位制冷量；4、絕熱效率；七、絕熱節(jié)流與等熵膨脹的要求：節(jié)流閥膨脹機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，便于調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)復(fù)雜可以在氣液兩相區(qū)工作不能大量帶液制冷量小制冷量大，但實(shí)際過程偏高，等熵 過程，制冷量需打折扣初溫越低，節(jié)流與膨脹差別越大，越有優(yōu)勢(shì)機(jī)前溫度高，效率降低八、透平膨脹機(jī)的調(diào)節(jié)Q = q h .門q m質(zhì)量流量；調(diào)節(jié)方式：1、量調(diào)節(jié)：多機(jī)組調(diào)節(jié)；改變噴嘴結(jié)構(gòu)：a.部分進(jìn)氣調(diào)節(jié)；b.轉(zhuǎn)動(dòng)噴嘴調(diào)節(jié)；c.移動(dòng)噴嘴；d, 改變噴嘴高度。2、質(zhì)調(diào)節(jié)：機(jī)前調(diào)節(jié)，但效率降低，不經(jīng)濟(jì)（緊急切斷閥一般打到全開位置）；3、通過制動(dòng)功率調(diào)節(jié)；質(zhì)調(diào)節(jié)與量調(diào)節(jié)的比較：質(zhì)調(diào)節(jié)采用風(fēng)機(jī)（增壓機(jī)）制動(dòng)更方便；量調(diào)節(jié)采用電機(jī)制動(dòng)更合

23、適。第六節(jié)換熱系統(tǒng)、熱量傳遞的三種方式1、導(dǎo)熱：它具有依靠物體內(nèi)部的溫度差或兩個(gè)不同物體直接接觸，在不產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)， 僅靠物體內(nèi)部微粒的熱運(yùn)動(dòng)傳遞了熱量；固體與液體：分子碰撞；固體與固體間：自由電子運(yùn)動(dòng)；氣體之間：分子熱運(yùn)動(dòng)；導(dǎo)熱的核心：溫差atQ=WFATTFT2、對(duì)流:溫度梯度;傳熱面積；導(dǎo)熱系數(shù)；Q=WFATTFT2、對(duì)流:溫度梯度;傳熱面積；導(dǎo)熱系數(shù)；流體中溫度不同的各部分之間發(fā)生相對(duì)位移時(shí)所引起的熱量傳遞的過程;自對(duì)流：靠物體的密度差，引起密度變化的最大因素是溫度；受迫對(duì)流：(是靠認(rèn)為作功)受到機(jī)械作用或壓力差而引起的相對(duì)運(yùn)動(dòng);Q =a F At3、熱輻射：物體通過電磁波傳遞能量的過

24、程稱為輻射，由于熱的原因，物體的內(nèi)能轉(zhuǎn)化 為電磁波的能量而進(jìn)行的輻射過程。任何物體只要在0K以上，就能發(fā)生熱輻射，是紅外線探測(cè)運(yùn)用的較廣，在空分中運(yùn) 用的較少，板翅式換熱器真空釬焊加熱是依靠熱輻射。釬焊的目的是破壞鋁材表面嚴(yán)密的氧化鋁膜大；影響換熱系數(shù)的幾個(gè)因素：流體的流動(dòng)狀態(tài)：層流：易產(chǎn)生熱邊界層；紊流：破壞熱邊界層，多運(yùn)用紊流；過渡層：650C高溫，以前是運(yùn)用鹽熔爐，能耗1、c.2、3、流體的流速：放熱面形狀：流速大，a大;光滑：粗糙：、實(shí)際傳熱過程a大；a小。Q = KF At = KF （t f 1 -1分解從熱流體tf1到t11 W1Q 分解從熱流體tf1到t11 W1Q = Aa

25、1（t21 -1 1）則 t/1 -tw1Aa1tw1 到 tw2:Q = A%。1 -1 2）/5w1w2QAT151tw3到冷流體:Q = Q = Aa 2（t 2 -122）w2/2 Aa相加整理得:(1-9)Q = 1 +; + 1 F 也。(1-9)以 人以12令：4 + + =Kaka12則：Q = KFAt三、算術(shù)平均溫差，對(duì)數(shù)平均溫差實(shí)際傳熱過程中，溫度的變化不是成線性關(guān)系，在進(jìn)行理論計(jì)算時(shí)，需引用平均溫差A(yù)tm的概念；1、順流溫差：換熱溫度換熱溫度2、逆流溫差:換熱溫度換熱溫度逆流換熱效果要好于順流換熱效果3、叉流：一般多采用逆流方式進(jìn)行換熱算術(shù)平均溫差:+ 一般多采用逆流方

26、式進(jìn)行換熱算術(shù)平均溫差:+ ） 一（2 + ；）m2只適合氣體比熱為常數(shù)，并且熱端的溫差之比小于2,設(shè)計(jì)一般不使用，誤差太大;At對(duì)數(shù)平均溫差：mt -ArAt對(duì)數(shù)平均溫差：m熱 冷Atln_熱At冷在確定比容Cp , K不變時(shí)使用，溫度變化或指數(shù)關(guān)系。四、強(qiáng)化傳熱的幾個(gè)措施Q = K F At1、調(diào)整傳熱面積：如翅片（傳熱面積增大，投資增大）對(duì)于混合式換熱器應(yīng)盡量使流體成霧滴狀均勻混入另一種流體中（如噴淋塔，冷卻塔）（氣泡比液滴有更大的換熱面積）2、調(diào)整溫差：溫差是傳熱的推動(dòng)力；溫差的就是不可逆損失大，能耗大；3、調(diào)整K值：傳熱材料的性質(zhì)：銅、鋁；在保證傳熱強(qiáng)度，盡量減少傳熱材料的壁厚；冷熱

27、流體a值盡量做到均衡 （口 1= 口 2），提高流體a采用翅片或鋸齒形翅片，提高流速（分子間推動(dòng)和摻混加劇，但速度增加，排壓增加，能耗增加）五、沸騰傳熱和冷凝傳熱在空分中運(yùn)用較廣，研究它就是研究空分中的主冷，主冷是空分中的胃A.液氧的蒸發(fā)能力：氮?dú)獾睦淠龎毫?、濃度一定時(shí)，主冷溫差一定；液氧沸騰分為：a.管內(nèi)沸騰；b.管間沸騰；1、液氧的管內(nèi)沸騰放熱段：還是液氧有一定的過冷度；始沸段：管壁不平，產(chǎn)生氣泡，受熱有小氣泡產(chǎn)生，內(nèi)壁面制造粗糙 點(diǎn).；汽化段：充滿氣泡，氣泡開始長大，氣液混合物；活塞段：小氣泡凝聚成大氣泡，活塞狀氣團(tuán)；膜狀段：活塞團(tuán)沖破液層，蒸汽把帶上去的液氧摻在管壁上形成薄層 液膜，液

28、膜一面下流一面冷凝，以值最大；飽和蒸汽段：液氧全部蒸發(fā)，以值最小。國蒸，魔對(duì)傳熱的影響a a*t?；?藏氣隘蒸氣強(qiáng)迫管內(nèi)液氧高度液氧在管內(nèi)保2、液氧在豎直管-一放熱系數(shù)只依賴于熱負(fù)荷，也就是只依賴于傳熱、 內(nèi)K大，且不便于強(qiáng)化。B.國蒸，魔對(duì)傳熱的影響a a*t?；?藏氣隘蒸氣強(qiáng)迫管內(nèi)液氧高度液氧在管內(nèi)保2、液氧在豎直管-一放熱系數(shù)只依賴于熱負(fù)荷，也就是只依賴于傳熱、 內(nèi)K大，且不便于強(qiáng)化。B.氮?dú)饫淠?熱最宇在管長的30-40%，對(duì)直內(nèi)沸騰、/曰辛旗體強(qiáng)迫 好;fflE修蕤,頃尺寸形狀無T關(guān)，以沒有管1、膜狀冷凝：形成一個(gè)完整的液膜，空分中采用膜狀冷凝，冷凝放熱系數(shù)大于沸騰放 熱系數(shù);

29、2、珠狀冷凝：冷凝液不能很好的覆蓋壁面，而在壁面上形成一個(gè)小液珠*層流時(shí)，熱量通過液膜可能一導(dǎo)熱方式傳遞，熱阻較大；*紊流時(shí)，僅在緊鄰壁面上有一薄層層流，以導(dǎo)熱傳遞熱量，因而熱量減少，冷凝放熱 系數(shù)加大。或值：W /m2 K相變換熱系數(shù)大，導(dǎo)熱能力增大氮冷凝19772326氣體 液體相變氧沸騰13972093液體體相變空氣加熱或冷 卻1.1658氣體體相變第七節(jié)空氣的液化循環(huán)1、節(jié)流2、等熵膨脹一、林德循環(huán)一次節(jié)流液化循環(huán)1.1 一次節(jié)流液化循環(huán)流程圖TiQ0TiQ01.2高壓P2對(duì)循環(huán)性能的影響若低壓及進(jìn)換熱器的高壓空氣的溫度不變；隨P2的提高，制冷量、液化量及循環(huán)系數(shù)均增加；但單位能耗是減

30、少的；高壓P2超過60公斤，液空的積累才有可能；1.3低壓P1對(duì)循環(huán)的性能的影響當(dāng)P2及T 一定時(shí)，隨P1增加，循環(huán)效率增加，單位能耗下降，改善循環(huán)的經(jīng)濟(jì)性。1.4換熱器的熱端溫度T和制冷量的關(guān)系降低高壓空氣進(jìn)換熱器溫度T，可以明顯增加制冷量。二、帶膨脹機(jī)的空氣液化循環(huán)，克拷特液化循環(huán) 1、流程圖和T-S圖2、循環(huán)性能指標(biāo)與主要參數(shù)的關(guān)系（1）當(dāng)P2與T3不變時(shí)，增大膨脹量Ve，膨脹產(chǎn)冷量隨之增大，循環(huán)制冷量及液化系 數(shù)上升，但Ve過分增大，去節(jié)流閥的氣量降低，會(huì)導(dǎo)致冷量過剩，是換熱器偏離 正常工況。（2）當(dāng)Ve和T3 一定時(shí)，提高膨脹前壓力P2，等溫節(jié)流效應(yīng)和膨脹機(jī)的單位制冷量 增加，但會(huì)造

31、成冷量過剩，冷損增大，并因冷量被浪費(fèi)，而使能耗增大。（3）當(dāng)P2和銅陵Ve 一定時(shí)，提高膨脹前溫度T3,膨脹機(jī)前的焓降，即單位制冷量 增加，但T3過高T4也同時(shí)提高，T8增加，膨脹機(jī)產(chǎn)生的冷量不能全部傳給高壓 空氣，冷損增加，換熱器二也不能政策工作。三、海蘭德液化循環(huán)及卡皮查液化循環(huán)1、海蘭德液化循環(huán)一一克勞斯循環(huán)的一種特例它是高壓膨脹機(jī)的氣體液化循環(huán)，空氣被壓縮到160200公斤，且一部分高壓Ve 經(jīng)預(yù)冷直接進(jìn)入膨脹機(jī)，另一部分，進(jìn)入換熱器冷卻，節(jié)流產(chǎn)生液體。2、實(shí)現(xiàn)了帶有效率的膨脹機(jī)的低壓液化循環(huán)，空氣在透平壓縮機(jī)等溫壓縮到56公斤，經(jīng)過換熱器冷卻到T3后分兩部分，大部分空氣進(jìn)入膨脹機(jī)膨脹

32、到1公斤左右，溫 度降到T4,而后進(jìn)入換熱器輸出冷量。另一部分空氣冷卻到（點(diǎn)5）節(jié)流制冷。11四、精餾原理（一）精餾過程1、定義：連續(xù)多次的部分蒸發(fā)和部分冷凝；2、舉例:精情過程的實(shí)現(xiàn)！可用圖A1氟攻說臥|君內(nèi)有三個(gè)答器I、r、0沒其壓.力均為一個(gè)絕 .村大氣壓在容群1中加入欲分河的液體剔抨發(fā)狙分段者的為、），井利通 經(jīng)吟卻到冷 凝溫度的空氣加料使液體蒸吱，蒸發(fā)產(chǎn)生的熊氣，易揮發(fā)組分的含最為M、.W導(dǎo)出而引入 容琴r中，在容器中盛有組成-與M相同的液體易抨登線分莒呈蒸氣與液體 在這里直接接觸，同時(shí)蒸氣的凝結(jié)溫度乂尚于溶液的沸點(diǎn).冒而發(fā)生以下兩方面的效果*來-白容器|的蒸氣被部分拎藤.冷凝出的是

33、;含難揮發(fā)您分較多的液體，未被冷1 凝的 蒸氣中易擇發(fā)組分舍量進(jìn)-步提商.小容器u中的液怵部分盜發(fā)，焦度出的是含媯控發(fā)組分校多的蒸氣，其組成為說 0 A知 不被蒸發(fā)筋退含難揮卷如分較多的液體圖6-19 神慎遷程示忘圈3、精餾塔類型3.1單級(jí)精餾塔3.2雙級(jí)精餾塔3.2雙級(jí)精餾塔3.3拉赫曼原理因上塔實(shí)際的氣體氣液比較精餾所需的氣液比大，利用上塔的精餾潛力的措施有兩種：1、可將適量的膨脹空氣（占空氣的20%25%）直接送如上塔進(jìn)行精餾；2、從下塔頂部或冷凝蒸發(fā)器頂蓋下抽取氮?dú)猓瑥?fù)熱后進(jìn)入氮?dú)馔钙脚蛎洐C(jī)，經(jīng)膨脹機(jī) 并回受其冷量后，作為產(chǎn)品輸出或者放空。3.5氧提取率史0匕.y：式中：y02 ,，：

34、2代表氧氣，空氣中的氧濃度;V 0 2代表產(chǎn)品氧氣量（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下）；VK 代表加工空氣量（標(biāo)態(tài)下）；第八節(jié)空分設(shè)備的安全技術(shù)一、空分設(shè)備的爆炸1、主冷液氧中炭氫化合物，會(huì)引起劇烈爆炸；（1）乙炔及其他炭氫化合物在液氧中的含量極限值如下:正常值報(bào)警值停車值乙炔0.01ppm0.1ppm1ppm其他CH3mg/L液氧100mg/L 液氧（2）為防止碳?xì)浠衔锓e聚，每8小時(shí)進(jìn)行分析一次主冷液氧中的乙炔含量；（3）當(dāng)液氧中乙炔等CH化合物含量超標(biāo)時(shí)（含量過高時(shí)）應(yīng)采取以下措施：增加測(cè)量次數(shù)，并盡快地查明含量增加的原因，并清除；增加液氧排放量；檢查分子篩吸附器的工作是否正常；（再生時(shí)間，冷吹時(shí)間，再生溫度是否符合 維護(hù)說明）如果采取以上措施后，乙炔等