工業(yè)氣體知識

工業(yè)氣體知識第一頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期六1.溫度

表示物體冷熱程度的物理量(物質(zhì)分子運(yùn)動平均動能的度量)

華

氏溫標(biāo)(Fanrlenheit)----1714年

規(guī)定:水冰點(diǎn)為320F---水沸點(diǎn)為2120F---兩點(diǎn)間180等分為1度

攝氏溫標(biāo)(Celsius)------1742年

規(guī)定:水冰點(diǎn)為00C---水沸點(diǎn)為1000C---兩點(diǎn)間100等分為1度

開氏溫標(biāo)(Kelvin)----1848年

熱力學(xué)溫標(biāo)

規(guī)定純水三相點(diǎn)為273.16K(=0.010C),分度值同攝氏溫標(biāo)

換算關(guān)系:0C=5/9(0F-32)0F=9/5×0C+32 K=0C+273.150C=K-273.15第二頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期六2.壓力

單位面積上所受的垂直作用力。(氣體分子不規(guī)則運(yùn)動對容器壁撞擊產(chǎn)生的一種作用的宏觀表現(xiàn)，垂直于容器壁)

基本單位

帕斯卡

Pa=N/m2

牛頓/平方米

(常用MPa,KPa)

標(biāo)準(zhǔn)大氣壓(物理大氣壓)

地心引力對大氣層作用的結(jié)果

規(guī)定緯度45度,海平面上常年平均空氣壓力為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓

1atm=101325Pa

工程大氣壓

公斤力/平方厘米 at=kgf/cm2=9.8×104Pa=98kPa (1kgf=1kg*9.8m/s2=9.8N---1cm2=1m2×10-4) PSI 磅力/平方英寸

lbf/in2

（=6894.74Pa) PSI(PoundsperSquareInch)

1MPa=145PSI第三頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期六2.壓力(其他壓力單位)

巴

BAR 氣象常用壓力單位

1bar=0.1MPa=100Kpa

毫米汞柱

mmHg 133.32Pa

毫米水柱 mmH2O 9.81Pa~(10)

英寸水柱

InchH2O 249.17Pa~(250) 1bar=750mmHg=10194mmH2O=401.33InchH2O

絕壓與表壓 絕壓=表壓+當(dāng)?shù)禺?dāng)時(shí)大氣壓

atm gauge g 表壓

absolute a 絕壓

標(biāo)準(zhǔn)大氣壓

1atm=101325Pa第四頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期六3.密度,體積

,流量

密度

-單位體積物質(zhì)所具有的質(zhì)量

d=kg/m3

流量-單位時(shí)間內(nèi)通過流體的量(體積/質(zhì)量) m3/h,kg/h,Nm3/h

質(zhì)量-表示物質(zhì)的多少的物理量 kg,g,lb,pound0.4536kg

體積-表示氣體所占體積

大小

m3,L,mL,CubicFoot

一定體積內(nèi)的氣體量隨氣體的壓力和溫度變化

,給出氣體體積時(shí)必須指 出在什么溫度和壓力下。 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài): 00C,101325Pa=1atm （700F,101.325kPa=1atm）

Nm3(NormalCubicMeter)SCF(StandardCubicFoot) 1Nm3（氧=1.43kg；氮=1.25kg；氬=1.78kg；氫=0.09kg； 氦=0.18kg；甲烷=0.72kg；丙烷=2.0kg；二氧化碳=1.98kg）標(biāo)準(zhǔn)立方米Nm3實(shí)際上不是一個(gè)體積單位，它表示氣體的質(zhì)量。第五頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期六4.純度

濃度-混合氣體中某種成分的多少 %（體積或質(zhì)量）

純度-對于產(chǎn)品，其成分占絕大多數(shù)，一般稱之為純度 %

對于純度較高的氣體,一般是指出某些雜質(zhì)的含量

PPM,PPB

PPM=1/1000000

百萬分之一;PPB=1/1000000000

十億分之一

對于氣體純度，除了工業(yè)氧，醫(yī)用氧和乙炔等采用直接分析法外， 大部分純氣和高純氣都采用差減法，即通過分析各種雜質(zhì)含量， 求和，并減以100%而得到氣體純度。 所以，在提出99.99或99.999等純度指標(biāo)時(shí)，必須同時(shí)提供雜質(zhì)含 量控制表，或指出該純度所依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)號。第六頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期六露點(diǎn)

露點(diǎn)或水分露點(diǎn)是在恒定壓力下，使氣體中的水蒸汽飽和時(shí)的溫度。

在一定壓力下,氣體中的含水量（絕對濕度-g/m3或ppm）與露點(diǎn)一一 對應(yīng)，可以通過測定露點(diǎn)來確定氣體的絕對濕度。

（含水量愈低，露點(diǎn)也愈低）

所以，氣體露點(diǎn)雖然用溫度表示，但其物理含義是該氣體水分含量！第七頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期六露點(diǎn)與濕度的對應(yīng)關(guān)系

露點(diǎn)℃克/立方米PPM20℃的相對濕度3030.4418682017.323079100%109.41211752.5%04.8602026%-102.27256011.5%-200.910204.41%-300.3453761.63%-400.1251270.56%-500.0439.4-600.01110.6-700.00282.55-800.00060.526第八頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期六5.熱,功,能 熱量---衡量傳熱過程中物體吸收或

放出能量大小的物理量

J焦耳 冷量---吸收熱量的能力

J焦耳 功-----力與在其作用方向位移的乘積

J=N*M焦耳=牛頓*米 功率---單位時(shí)間所作的功

W=J/S瓦=焦耳/秒 能量---作功的能力或本領(lǐng)(動能,位能等)

內(nèi)能---物體內(nèi)部所具有的能量:

氣體分子熱運(yùn)動動能

溫度 氣體分子

間相互作用

壓力/比容 當(dāng)氣體加熱或作功時(shí)會改變氣體的內(nèi)能,表現(xiàn)為溫度,壓力等的變化第九頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期六6.理想氣體定律

玻意爾-馬略特定律:

當(dāng)一定質(zhì)量氣體溫度不變時(shí),壓力與比容成反比 pv=常數(shù)

查理定律 當(dāng)一定質(zhì)量的氣體體積不變時(shí),絕對溫度與壓力成正比 p/T=常數(shù) 蓋.呂薩克定律 當(dāng)一定質(zhì)量氣體壓力不變時(shí),絕對溫度與比容成正比 v/T=常數(shù)

以上三個(gè)定律的綜合即為理想氣體定律 pv-RT

所謂理想氣體即完全符合理想氣體定律的氣體。實(shí)際上真正的理想氣體是 不存在的,當(dāng)氣體的壓力不太大；溫度不太低時(shí)可近似地看作是理想氣體。第十頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期六7.空氣的組成

第十一頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期六7.空氣的組成空氣氧氮?dú)搴淠孰措?-O2N2ArHeH2NeKrXe100%20.9378.10.9335PMV0.5PMV17PMV1PMV0.1PM比重和分子量1.0001.1050.96691.3800.1380.06950.69582.8984.5628.9631.998828.013439.9484.00262.0159420.18383.80131.30飽和液體密度kg/M3--1141.6808.31393.6124.970.78120724123056正常沸點(diǎn)℃-194-183.0-195.8-185.9-268.9-252.78-246-153.2-108.1臨界壓力/溫度BARG/℃--50.7933.9448.622.2912.9326.5355.0158.75---118.4-146.9-122.4-267.95-240.2-228.7-63.816.6第十二頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期六8.獲得低溫的方法：

壓縮氣體的節(jié)流－對外不作功，也不進(jìn)行熱交換，壓縮氣體由于流動遇到局部阻力而造成壓力有較大降低的過程。 影響因素－1節(jié)流前后壓差

2節(jié)流前溫度

氣體作外功等熵膨脹－壓縮氣體在膨脹機(jī)內(nèi)膨脹，并對外作功，使氣體本身能量減小，溫度降低。

影響因素－膨脹機(jī)效率、進(jìn)出口壓力、進(jìn)口溫度、膨脹量

氣體液化循環(huán)－由一系列熱力過程組成的持續(xù)的循環(huán)，目的是使氣體工質(zhì)冷卻、液化并補(bǔ)償循環(huán)過程中的冷量損失。

1895年德國的林德和英國的漢普森分別獨(dú)立地提出一次節(jié)流循環(huán)，是最早在工業(yè)上采用的氣體液化循環(huán)。

1902年法國的克勞特首先實(shí)現(xiàn)了帶有活塞式膨脹機(jī)的空氣液化循環(huán)，是目前工業(yè)上采用的各種液化循環(huán)的基礎(chǔ)。第十三頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期六9.物態(tài)變化

任何物質(zhì)分子都可能以氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)存在，簡稱為物質(zhì)的三態(tài)

在一定條件下，物質(zhì)的狀態(tài)可以相互轉(zhuǎn)化，稱為物態(tài)變化（相變）：

氣化…液體變?yōu)闅鈶B(tài)的過程（蒸發(fā)－表面、沸騰－內(nèi)部）

液化…氣體變?yōu)橐簯B(tài)的過程

凝固…液體變?yōu)楣虘B(tài)的過程

溶解…固體變?yōu)橐簯B(tài)的過程 升華…固態(tài)物質(zhì)不經(jīng)過液態(tài)直接轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)的過程（反之為結(jié)晶）

臨界溫度：只有將氣體溫度降低到臨界溫度以下，才能將其液化。第十四頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期六二氧化碳的相圖第十五頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期六主要工業(yè)氣體的飽和曲線第十六頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期六10.氣－液相平衡

整個(gè)氣－液系統(tǒng)在相等壓力與溫度下，各部分狀態(tài)參數(shù)保持不變，這種狀態(tài)稱為氣－液相平衡狀態(tài)。

平衡是相對的，動態(tài)的，與一定的條件有關(guān)。如條件（壓力、溫度、組分）改變了，原來的平衡將破壞，重新建立起與新條件相適應(yīng)的相平衡。

當(dāng)氣－液處于相平衡狀態(tài)時(shí)，液面上方的蒸氣叫飽和蒸氣，其壓力稱為飽和蒸氣壓，相應(yīng)的溫度叫沸點(diǎn)。沸點(diǎn)隨蒸氣壓的升高而升高。 在一定壓力和溫度下，處于平衡狀態(tài)的混合物的氣相組成與液相組成有關(guān)。氧－氮二元混合物的氣－液平衡關(guān)系如下：

1、平衡后液相中的氧濃度大于氣相中的氧濃度?；驓庀辔镏械头悬c(diǎn)組分的濃度大于液相中低沸點(diǎn)組分的濃度。

2、壓力越低，飽和氣體與飽和液體中的濃度差越顯著第十七頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期六HowDoesDistillationWork?精餾過程氮-氧氣液平衡相圖 （1bar）蒸汽部分冷凝時(shí)產(chǎn)生的液體富含高沸點(diǎn)組分。液體部分蒸發(fā)時(shí)產(chǎn)生的氣體富含低沸點(diǎn)組分。氣-液平衡數(shù)據(jù)給出一次 性過程可達(dá)到的富集（濃度變化）程度。第十八頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期六SingleFlashOperation一次閃蒸Example:removeheattocondense50%ofairat1bar使空氣在1巴壓力下冷凝50%第十九頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期六StagedFlashOperations多級閃蒸供給蒸汽condense50%offeedateachstageat1bar每級將供給的氣體冷凝50%供給液體boil50%offeedateachstageat1bar每級將供給的液體汽化50%第二十頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期六11.空氣精餾

同時(shí)并多次運(yùn)用部分蒸發(fā)與部分冷凝過程，使達(dá)到平衡狀態(tài)的氣相和液相分開并又進(jìn)入新的平衡狀態(tài)，使氮逐漸地從液體中分離出來摻入到氣體中去；同時(shí)氧逐漸從氣體中分離出來混入到液體中去。第二十一頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期六AIRGOWNRLPLLowerColumn(HighPressureColumn)下塔UpperColumn(LowerPressureColumn)上塔HEATIN加熱HEATOUT放熱通過適宜的溫度設(shè)計(jì)，可將蒸發(fā)和冷凝的功能合為一體。這個(gè)單元的尺寸及由其而達(dá)到的溫度對循環(huán)的功率影響極大。RL=RichLiquid 富氧液PL=PoorLiquid 貧氧液WN=WasteNitrogen廢氮DoubleColumnSystem

雙塔系統(tǒng)22第二十二頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期六空氣分離系統(tǒng)的工藝過程第二十三頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期六BASICASU基本空氣分離流程24第二十四頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期六INTERNALCOMPRESSIONPLANT

內(nèi)壓縮裝置25第二十五頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期六IntegratedAirSeparationProcess完整的空分流程N(yùn)2Air空壓機(jī)CompressorHP高壓塔ColumnReboiler-Condenser冷凝蒸發(fā)器Turbo膨脹機(jī)ExpandersLP低壓塔ColumnWasteN2廢氮液氧泵PureArgonMainHeatExchanger主熱交換器AirBooster增壓機(jī)N2RemovalColumn除氮塔Air凈化器PurifierPureAr/O2Column精氬塔ImpureAr/O2Column粗氬塔CompressedO2壓縮氧LiquidN2Subcooler過冷器第二十六頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期六TypicalColumnLayoutwithinColdbox

冷箱中的塔第二十七頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期六TrayedColumns篩板塔蒸氣穿過孔板上的液體形成成泡沫。氣-液接觸良好，但壓力降相對較大。第二十八頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期六

DistillationColumnInternals:StructuredPacking 精餾塔內(nèi)部：填料結(jié)構(gòu)

SulzerMellapak750.YStructuredPackingforthe1.425mDiameterICOC-30ColumnPackingUsedinAirSeparation:在空氣分離中使用的填料Mellapak750.Y500.Yand350.Y新