低温原理讲课教案

低温原理讲课教案

第一章 低温工程的性质

通常指Ts?120K的工质为低温工质

与制冷工质的不同：1、即可作为制冷工质，又可作为原料、产品。 2、可以是相变制冷，可能是单相制冷。 3、单靠加压不能液化。

低温与普冷的区别：1、可能是闭式循环，也可能是开式循环。 2、高低温热源温差较大，须采用回热系统。 以120K为界以下：

（1）烃类：烷、烯、炔 约120K（Ts）

石油气（戊，已烷）， 天然气（甲烷）

（2）空分成分：O2ArN2 约80K

（3）超低温： H2, 20K, He, 4.2K

§1-1 低温工程的种类

120K级的低温：天然气（广义）的液化分离-----------石化行业 80K级的低温： 空气的液化分离 -----------制氧行业 20K级以下的低温：氢气的液化，氦的液化。

低温工程的性质：

??用以燃烧（1）甲烷CH4，天然气的主要成分：??化学产??民用??汽车 H2Ts?111.7KM?16(2)(3)(4)氧O2氮N2氩Ar

M：32M：28M：40Ts:90k??Ts:77k?空气主要成分Ts?87k??——炼钢???——保护气?——焊接保护气?

（5）氖Ne M:20 Ts:27k 来自空气，

灯炮气

（6）氢H2 M:2 Ts:20k 来自煤、天然气， 燃料 （7）氦He M:4 Ts:4.20k 来自合成氨尾气、天然气 所指的低温技术：

（1） 获得纯净的低温介质（分离技术） （2） 获得低温液态工质 （液化技术）

（3） 利用低温工质获得所需的低温温度（低温制冷技术） （4） 利用低温制冷获得高真空（低温泵） （5） 低温工质的储藏与运输 （6） 低温绝热技术。

§1-2 空气及其组成气体的性质 空气=干空气+水蒸气 干空气：N2O2ArCO2......

制冷剂

78% 21% 1%

二元：N2 + O2 三元：N2 + O2 + Ar

可写作理想气体对待，M=28.97， Ts?78.9(泡点)/81.7(露点) 在相平衡（汽/液）情况下：

液体中，N2：59% O2：40% Ar：1% （1）N2：安全，无味无毒，保护气体，

LN2

是极好的冷源介质，保存生命（生物），预冷和保护层（LN2,LHe）

（2）O2：助燃，促进动植物生命新陈代谢，很活泼。 易于爆炸，在空分装置，输氧管道，…。

LO2是无色，炼钢助燃，火箭发动机，焊接，切割??。

（制氧机的名字来源）

（3）Ar，隋性气体（不氧化），作为保护气体或切灯泡气，空气含量大。 （4）Ne：很好的制冷剂，安全可靠（Ts?27k）

所谓的空分：就是从空气中提取N2、O2、Ar以及Ne ??。

主要是低温分离，此外还有常温分离方法： 分子筛变压吸附（SPA）， 膜分离等。

§1-3 氢的性质

（1）性质最为复杂的低温工质有三个同位素 H D T。 H：0个中子，1个质子；D：1个中子，1个质子

氢是H2和HD的混合物，而HD仅占0.026~0.032%的比例。

H2的密度最小，Cp最大，?最小、?最小，扩散能力很强，可以渗透金属 。 H2：a、制冷工质 b、洁净燃料 c、重氢的原料

不易处理，易燃易炸，易泄漏。

（2）正氢与仲氢

Ortha-Hydrogen 正氢，双原子同向旋转Para-Hydrogen 仲氢，双原子异向旋转平衡氢( e- ) = OH2?PH2?f(T)

正常氢（标准氢）(n- ) = 75%OH2?25%PH2 （O—P）正—仲转化，放热反应，汽态时要催化。 转化热 > 汽化潜热，液态时可自动转化，但很慢。

LH2的储存：由于转化热放出，易于汽化，故生产LH2时加催化剂。促使O→p

转化。（n→e的放热，和n→P的放热）

所以H2的性质有多种

正常氢（n?H2），平衡氢（e?H2），仲氢（p?H2） 同位素有D2

正常氘（n?D2），??。

§1—4 氦的性质

3He4He氦有两种同位素

M?3Ts?3.19??4?4.2k??主要是天然气中提取

通常指的氦为4He，同为3He含量很少。

氦是最难液化的气体，很长时间被认为是永久气体。

氦有两个三相点，在25bar以下得不到固体He，但存在一个高阶的液态相变

LHeⅠ?LHeⅡ：叫做超液氦，中间的线叫入线。

入转变点约2.17K，“?”显示了Cp的变化关系—突变，无

HeⅠ?HeⅡ气化潜热

HeⅡ 特性：（1）超流性??0,“爬膜”、“喷泉”

（2）超导热性???。 当T?2.17时， HeⅠ/HeⅡ的混合物存在。

T?， HeⅡ越高。

[超导特性是固体导电特性（电阻为0，抗磁性=?）] 超导与超流均为量子特性。

phonon声子 photon光子 quantum量子。

第二章 获得低温的方法

§2-1 获得低温方法有物理法

（1）相变制冷（液体气化，固体融化，固体升华，液体抽气）

(2)压缩气体绝热节流 （3）等熵膨胀 （4）辐射制冷 （5）涡流制冷 （6）热电制冷，（7）吸收制冷 吸附制冷。

§2-2 绝热节流

低温制冷装置中，主要是绝热节流和等熵膨胀（主动） 什么是节流过程：h1?h2

h?h(p,T) 理想气体h?f(T)

焦一汤效应，节流后的温度变化效应（实际气体）

??微分节流效应 ?2?? ?? 理想气体?TT?2p?h?2T??vv积分节流效应 ?T??p2p1?hdp

T不变T降低 T增加??h?0??1???T???v??h??????v????h?0?T???P?hcp?????T?p????0?h????v??dh?cdT??T????v?cpp??T?p?????????? 取决于节流前的气体状态。

三种情况内在机理，dh?du?d?pv??0，即du??d(pv)

u?u动?u势，节流后du势?0，但d(pv)不定， du动??du势?d(pv)也不确定。

转化温度与转化曲线

根据微分节流效应 ?n????p??关系，可以求出?h?0时的状态

??h此时??h?0??Tinv为转化温度

实践证明，当p?pmax时出现一个转化温度的节流前如果是p?pmaxTinv?T?Tinv\'??T?曲线

，则节流后产生制冷效果。

通常必须p?p`maxT?Tinv以后节流才能制冷

积分节流效应的计算 （1）T?s图上表示

（2）?T??h??p，?h为平均微分节流效应

等温节流的效应?hT

?hT?h1?h0?cp(T1?T0)

节流后升温至节流前温度所需热量

微分节流效应， 积分节流效应 等温节流效应 ?h ?Th ?hT

2-3 气体等熵膨胀

通过膨胀机实现，对外做功 微分等熵效应 ???T?s?????p??

?sTds?dh?vdp已知

dh?CdT???T???v??

p??v?dp????T?p??则Tds?c??v?pdT?T?T?dp???

p故???T?T??v?s?????p????scp???T??0?总是具有冷效应

p对外作功的内位能的增加，都是通过消耗内动能而产生的，因此理想气体

?v?T?vT?Rp,?s?vc

p?k?1?膨胀前后温差?T?TT??p2?k2?1?T1?????1? ???p?1????T?§ T1 为初温，

p2p1—为膨胀比

制冷量计算

q?h0?h2?(h0?h1)?(h1?h2)??hT?We

?hT——等温节流效应 We——膨胀输出功

要提高膨胀前后温差：（1）增加初温T1 （2）增加膨胀比膨胀机效率——等熵效率，实际焓降与理论焓降之比

?s??hpr?hth?h1?h2'h1?h2p1p2

绝热节流与等熵膨胀比较

?s??h?v??cp?温度效应和制冷量均是等熵膨胀高

qs?qh?We??

第三章 气体液化循环

§3-1 概述

1、制冷的目的：

（1） 低温气体液化，必须降温至Tcr以下，需要制冷降温 （2） 维持低温系统所需制冷以补偿冷损 （3） 如产生低温液体，补偿带走的的冷量

不同于为获取冷量的制冷目的

2、气体液化理论最小功

获得低温实现热量从低——高的转移，必须投入能量。 理想过程：等温压缩+等熵膨胀 理想最小功Wmin?WT?Ws 按

Tds?dh?dwtT?s??h?wt

?WT?T?s?T(s1?s2)?T(s1?s0) ?W???h?h?h10?sWmin?T?s??h

??s?cplnT2T1?Rlnp2p1

Wmin即为循环包围的面积

理想最小功是全面可逆循环的过程组成循环，如果有不可逆过程则系统s?，

?s与T1（环境温度）的乘积，T?s即是不可逆所致

3、液化循环指标 有理论最小功

单位能耗（获得1kg液态气体所消耗的功）W0?为1kg气体的液体量]

制冷系数，制冷量与耗功之比（单位耗功的制冷量）??生的液化冷量] q0?z(h1?h0)

循环效率又称热力不完善度，为实际循环制冷系数?pr与理论循环系数?th之

q0WWZ[W为1kg气体耗功 Z

[q01kg气体产

比。

?ag??pr?th?q??0?w?pr?????q0????w??WminWpr?th?

也是理论最小功与实际耗功之比。

§3-2 空气 氧 氮的节流液化循环

ArO2N2性质接近、循环相似，O2N2主要来自空气。

低温液化循环：

（1） 节流液化循环：利用节流装置，获得等温节流效应

（2） 带膨胀机的液化循环：利用膨胀机获取大的等熵膨胀制冷量 （3） 带气体制冷机的液化循环：利用其它的低沸点工质的气体制冷效应来

液化。

（4） 复叠式液化循环：利用不同沸点工质逐级冷却最终液化 （1）+（2）是自身制冷，最常见，特别是ArO2N2

由于节流装置结构简单、可靠，使用方便，但不可逆，制冷量小。

一、一次节流液化循环

是最早的液化循环，被德国的林德所采用，故命名林德循环。 1、理想循环

等温压缩 → 等压冷却 → 节流膨胀 → 液化 ↓

——————————←等压复热

起动过程：节流过程逐渐降温，直至到达稳定状态 液化量：1kg空气，h2?h0z?(1?z)h1 z?单位冷量 q0???hT

由于h1?h0一定（状态参数）z~??hT

要想获得较多液化量，等流节流效应要大，??hT是压力的函数（环境温度一定时）

h1?h2h1?h0???hTh?h0kgkgAi r??(?hT)????0 ??p?T实际上是?h????p???0 转化曲线上

??T要T1一定，p1一定，则等熵压缩的最佳压力应在等温线与转化线的交点

2、实际循环 不可逆因素：

a、 压缩机过程不可逆，用?T来反映

b、换热器又温差，不完全换热，q2?(1?zpr)cp(T1'?T1) c、 跑冷（装置大小、绝热条件等）q3 实际液化量 zpr???hT??qh1'?h2??h?

单位（加工空气）制冷量为 q0???hT??q

p2适当升高，p1升高，高压气体T下降，对提高?有利。

二、有预冷的一次节流液化循环 降低高压气体温度，减小换热器的温差

zpr???hT?q0c??qh?h0`1

三、二次节流液化循环 提高p1

循环气体 高压气体节流 进高压压机

中压节流 进低压压机

液体

§3-3等膨胀机的空气液化循环 一、克劳特循环

根据系统能量守恒的关系，并考虑跑冷损失q3，不完全热交换损失q2

q2?(1?zpr)(h1?h1)

`则有zpr???hT?Ve(h3?h4)??qh?h0`1?q0prh?h0`1

膨胀机的非等熵过程，定为膨胀机等熵效率

?s?h3?h4h3?h4s?h3?h4?hs

则q0pr???hT?Ve??s??hs??q 等温节流效应 膨胀制冷量

Wpr?WT?Ws耗功为

?RT?TVelnp2p1T3?Ve?hs??s??m

影响因素：p2p2?Ve?T3?

zpr? 冷量过剩？

?hT?Q0??h?q0?Zpr?

冷量过剩？

过分高，冷量不能被高压气所用。

换热器温度曲线（第Ⅱ）

G?h~T关系曲线

高压空气比热变化大，而低压cp基本不变 正流体Vth(kg)，返流气(1?z)kg

任意截面，Vth?cp2?(T3?T6p2)?(1?z)cp1(T9?T6p1)

T6p2，T6p1截面上流体温度

??1?zVth流量之比，Vth?1?Ve

热端温差一定，?Tmin规定，从而画出上述虚线，则

??acbc?1?zVth?1?z1?Ve从而确定 Ve及z

二、海兰德循环

高压常温膨胀，增加绝热焓降 可预冷，增加zr?w?

适用于小型液态装置。

三、卡皮查循环

低压低温膨胀，液体节流

流程简单，能耗小，投资低，适用于大中型空分。

§3-4 氦液化循环

`临界点低，为5.2K，Tinv也低4.6K，7K以下节流才会产生液体

故必须预冷+节流，或膨胀对外输出功+节流。 一、节流液化循环

（1）预冷， 用LN2二、带膨胀机液化循环

（1）LN2预冷+TE

（2）LN2预冷 + 2×TE（柯林斯循环） 根据最小功设计各级TE的参数 保证每级的EX正常工作。 三、其它型式的He液化循环

1、双压

2、双级膨胀，两级节流 3、附加制冷循环

LH2

第四章 溶液热力学基础

§4-1 概述

一、溶液：两种级以上物质组成的均匀，稳定的液体，可以蒸发和凝固。

组成：（1）两种液体混合

（2）固体溶解于液体 （3）气体溶解于液体

二、成分：各组成物质的比分

（1）质量成分：?i，第i组分在溶液中的质量分数。

?i?m1,i?m?2?m2?m,?,??i?1,i0??i?1

（2）摩尔成分：xi，第i组分在溶液中的摩尔分数 如第i组分的摩尔数为ni?ninnimiMi,?ni?n

则xi???n,i?xi?1,0?xi?1

也为xi?miMi?miMimiMi?mi??Mi?????m???M????mMi??i??iMiMi??i

?ni?xin??mimmMi?i?mi?mi?NiMi?niM?ixiMin?xi?Mi?n?xiMi?xiMi

三、溶解度

溶质在溶剂中可溶解的最大量，是T，p的函数。 但，完全溶液的溶解度为0~100%

不完全溶液的溶解度为0%

四、溶解热，溶解通常伴着热效应——吸热或放热反应。

吸热为正，q?h???1h10??2h20?

§4-2 溶液的基本定律

一、理想溶液及拉乌尔定律

理想溶液与各组成的性质接近，分子作用力同纯物质，无溶解热。 （1）拉乌尔定律：蒸气混合物中某一组分的分压，等于该纯净物质同一状态下的饱和蒸汽压与该组分在溶液中的摩尔成分的乘积。

pi?xi?pip?0?pi??xip0i 适用于理想溶液

实际溶液可能有出入 二、康诺瓦罗夫定律

理想溶液中液相中和气相中的成分是不同的

0由拉乌尔定律 pA?xApA,pB?xB?pB0（溶液）

pBp0由道尔顿定律 yA?yAyBxAxBpAp0B0pAp?xA?pAp0,yB?0?xB?pBp0

则

?? 如果饱和蒸气压

pAp0B?1pA?高沸点pB?低沸点0

则

yAyB?xAxB

§4-3 溶液相平衡条件

一、相：凝聚态内部均匀的部分

通过相的界面进行物质的转移称为相变 二、相平衡（溶液）

在等温（T=C）、等压(p=C)的条件下，相平衡的条件是同一成份在不同相内的化学势相等。

ii???gNp Np?1个式子 某个组分i，在多相平衡系统中的条件是g1i?g2三、吉布斯相律

按相平衡系统的自由度（可变条件）与组分数及相数间的关系。 分析知：独立变量（自由度）=Np(Nc?1)?2

Np 相数 Nc成份数 2状态参数（p，T）

相关关系式个数 =Nc(Np?1)个式子，使其相关 所以独立变量Nf?(Np?1)?2?Nc(Np?1)?Nc?Np?2

如水——水蒸汽平衡 Nc?1盐水——盐水蒸气平衡 Nc?2空气中，O2

§4-4 二元溶液的相平衡 一、气液相平衡

Nc?2,Np?2则NfNp?2Np?2Np?1则Nf?1(压力)

则N则Nf?2(压力、成分)

N2Ar Nc?3f?4(T,p,x?2)

?2

h??(或x)图

yi有p??(x)图，T??(或x)图，

由康诺瓦罗夫定律知：xi在T—x图上可看出

与不同

x的浓度时，露点温度TD和饱点温度TB在TA0和TB0之间 压力越高，气液浓度差越小，越难以分离。

h??(或x)图

在p一定期时，按T??图指出h??图，反映过程热量的进出 特点：

（1）两条饱和线不相交，在??0和??100处反映了A和B的气化潜热 （2）两相区的等温线由垂直到倾斜又到垂直的变化。 （3）压力变化升高时，饱和线上移。

§4-5多种分气体的相平衡 一、逸度与活度的概念

考虑实际气体与理想气体，实际溶液与理想深液的不同，同时不使方程复杂化。

逸度代替压力 f?p ，拉乌尔定律 fi?xifi0 逸度系数 ??fp ，考虑其偏差

活度代替浓度 ?i?xi

?i??fifi0?T 类似道尔顿分压定律

活度系数 ?i??ixi

则 fi``??i``fi``0yi 气相中，理想系中，?i?1 fi`??i`fi`0xi 液相中 二、气液平衡系的分类

1、完全理想系???气相为理想气体混合物液相为理想溶液（服从道尔分压定律（服从拉乌尔定律））

2、理想系 气相和液相均为理想溶液 （服从拉乌尔定律）（逸度规律） 3、非理想系 有一相为非理想溶液，用活度系数考虑其修正。， 三、气液相平衡表示

相平衡常数 ki?yixi?fi``i````0yfi?yififi```0

yifiyfi``i`0```0平衡时，气液中，T，p，g，均相同，则fi?fiyixiyiki```ki?

（1）xi??xi???1，露点方程

已知yi，假定T?ki?xi?（2）yi?xiki?xi?1 则T?TD

?yi??kxii?1，泡点方程

已知xi,假定T?ki?yi?

§4-6 溶液基本热力（工作）过程 一、混合

?y2?1则T?TB

m1,t1,h1,?1

m,t,h,? m2,t2,h2,?2

总质量守恒：m1?m2?m 总能量守恒：m1h1?m2h2?mh 溶质质量守恒：?1m1??2m2??m

h?h2?m2m(h2?h1)?h2????1?2??2(h2?h1)?[q][q]如果混合过程有热效应

二、蒸发与冷凝

蒸发：质量守恒：m`?m``?m

溶质质量守恒：?`m`??``m``??m 气化量效，杠杆规则 在p一定时，T??图

（1） 蒸发起始温度与终止温度不同 （2） 液相——气相中成分变化连续 凝结的过程按相反方向进行。 三、节流

前后：h1?h2?1??2p1?p2

节流前p1，状态为过冷液体 节流后p2，状态为湿蒸气

通过温蒸汽的t2线上，可以确定气化率，节流前过冷度越大，节流后气化率越小。 四、吸收

气体溶于溶液之中叫吸收（气体溶于固体中叫吸附） 溶液的温度低于蒸气温度导致蒸气液化——冷凝 溶液的饱和蒸气压低于蒸气压力导致蒸气液化——吸收 类似于一股蒸气与一股溶液的简单混合 所以溶液对蒸气最大吸收使得溶液达到饱和 溶液 m1,?1,h1,t1 m2,?2,h2,t2

气体D,?r,hr,tr

1点的溶液+d点的蒸气→2点的饱和溶液 （t1） （tu） （t2）

1d线上的12线表示吸收的蒸气量比例

m1Dg?吸收每kg蒸气所需溶液量即 g?2d12

可见过冷度越大，所需溶液量越少，吸收蒸气量越大。如果吸收过程有热量排出，则吸收量增加：

如g?m1D?dM1M，排热过程为M2`

QaD根据能量守恒关系，Qa?Dhv?m1h1?m2h2m1Dm2Dm2?DDm2Dqa?，则：

qa?hv?h1?m2Dh2?hv?h1?h2?hv?h1?(h1?h2)?hv?h1??v??1?2??1

(h1?h2)

第五章 气体的精馏原理与设备

气体混合物的分离：空气，天然气，焦炉气?? 气体的分离与气体的液化相关，低温分离是主要手段。

气体分离方法：（1）精馏，多次的蒸发与冷凝，适用于沸点相近物质 （2）分凝，部分蒸发与冷凝，适用于沸点较远物质。 （3）吸收（4）吸附（5）薄膜渗透法---常温法 以下以空气为例

§5-1空气组成及其主要成分间的气液平衡

表3-2：

O2: 20.95%, 90.188K, N2:78.084%, 77.36K, 二元气液平衡：O2:20.9%N2:79.1%

Ar: 0.93%, 87.29K, 其它

近似认为：气体为理想气体，液体为理想溶液 （道尔顿） （拉乌尔）

?pO2?pyO2 ?

p?pyN2?N20??pO2?pO2xO2?0p?pxN2?NN2?2 且 p?pN?pO

22则yO?2pO2p?pO2pO2?pN2?pO2pO2xO2?pN2xN200

相平衡图：T?x?y图，p为参变量，O2浓度

y?x 图，p为参变量，N2浓度

T?p?h?x?y图，以T?h为坐标，p为参变量，N2浓度，x，y分开作图。

Ar:0.93%N2:78.12%

三元系气液平衡 O2:20.95%三个自由度T,p, 加一个浓度

平衡图：（压力一定）x1?y1,y2参变量和x2?y2,y1参变量图

§5-2 空气的精馏

以二元组成为例在高压下进行。 一、液空部分蒸发与空气部分冷凝

蒸气不断引出后，液相中的氧浓度不断增加，最后获得高浓度O2，但量很少。 空气凝结后不断把凝液取走，剩余蒸气中的N2浓度增加，最后获得高浓度的N2气。

二、空气精馏（多次蒸发+多次冷凝）

部分蒸发使得液体量越来越少，必须补充液体才能连续进行，获得纯O2，而部分冷凝气体量越来越少，必须补充气体才能连续进行获得N2把部分蒸发与部分冷凝连结起来。 三、精馏塔

筛板塔：高温的气体穿过低温的液体层，热质交换 填料塔：气体与液体连续双向热质交换，大量交换面积。 单级塔：高纯氮制取，高纯氧制取。

双级塔：由两上单级塔叠加而成。下塔提N2，上塔提O2 塔板数越多，精馏效果越高，阻力损失越大。 提馏段越高，O2纯度越高； 精馏段越高，N2纯度越高。 气液比，

LV之比，液体量越大，N2纯度越高；

气体量越大，O2纯度越高。

制冷：系统维持低温需补充冷量，由膨胀机提供，在全低压系统中，膨胀后的气体压力↓，无法再进下塔，直接送入上塔（20%左右）

拉赫曼原理：上塔精馏所需气液比应小些，即气体量可以更大些，精馏效果更好。

要制取高纯氮，需除去Ar等其它成分（污氮排出），增加辅塔。

§5-3 精馏过程计算 一、塔板上工作过程

?质量守恒：V1?L2?V2?L1??氮组分守恒：V1y1?L2x2?V2y2?L1x1?能量守恒：Vh``?Lh`?Vh``?Lh`11222211?

得L1?L2?L，V1?V2?V

LV?y2?y1x2?x1 汽液比

二、理想塔板数确定，（以理想过程，筛板塔为例）

实际过程在理想塔板数基础上乘以系数，包括填料塔计算 假定，上升气量下降回流液量分别保持不变 即在塔中

LV?C

以下塔为例：

Vk?L?V?LkNN

NNVkyN2?LxN2?VyN?LkxN2，如果进塔空气是饱和状态，是Vk?V则Lk?L

2kk在任意的断面上，则有VkyN?Lx?Vy?LkxN

22则 y?LVx?1V(VkyN2?LkxN2)

kk 操作线方程

上塔中以液空进料口为界，以上为精馏段，以下为提馏段，分别建立物料平衡关系式，由于两段的汽液比不同，故其操作线斜率不同。

LV对理论塔板数的影响：

上塔中，塔顶出口氮，塔底出氧的浓度一定。中部液空进料浓度一定。 精馏段汽液比小，塔板数愈多

C1处，最小汽液比 C2最大气液比L?V

§5-4 精馏塔塔板效率

由于假定：气液达相平衡，压力沿塔高不变，无混合热，?N与?O相等。

22与实际存在差异，致使实际的分离效率低于理论值。 一、塔板效率的定义

（1） 全塔效率：理论塔板数与实际塔板数之比，??NthNpr

（2） 板效率：某个塔板上实际浓度变化与理论浓度变化之比。

?v?yn?yn?1yn?yn?1th ?L?xn?1?xnxn?1?xnth

（3） 点效率：塔板上某点处实际浓度变化与理论浓度变化之比。

同板上的板效率为各点效率的积分均值。

全塔效率由各板效率计算出实际浓度变化后达到所需塔板数塔板数之比。 二、塔效率：可以由分析计算和经验方法给出。

第六章 空气的净化

§6-1 概述

大气原料中有杂质，在液化与分离之前必须先除掉，固体颗粒、水蒸气、二氧化碳及碳氢化合物等，到低温形成为固体，形成阻塞，乃至暴炸危险。

§6-2 空气的干燥

空气中含水量与温度和其相对湿度有关，见表11-4 多种表示方法： TD， PPM， ?(%) 一、

化学法： 碱+水→碱与结晶水

如：NaOH?4H2O?NaOH?4H2O 二、

吸附法：

硅胶、分子筛等

吸附能力与T,p有关，与?有关，还与空气速度、层高度有关

?T???p?????吸附能力减弱

吸附与解吸： a、加温解吸（400~500℃），

b、降压解吸（常压或真空）

或采用变压吸附微热再生技术，延长分子筛寿命。 三、

§6-3 CO2及C2H2的清除 一、CO2在空气中含量，

约为0.03~0.04%

清除：化学法 吸咐法 冷冻法

（1） 化学法：碱洗，2NaOH?CO2?Na2CO3?H2 （2） 分子筛吸附：入冷箱之前，多采用变压吸附，双塔切换。 （3） 冷冻法：主换热器中，空气与污N2切换（可逆式）

冻结法：

氨液冷冻，蓄冷器冷冻。

二、C2H2的清除

C2H2在空气中含量为：0.001~1ppm

（1） 低温硅胶吸附

低温吸附：液空吸附器：节流阀之前

液氧吸附器：液氧回路上 a、自循环 b、动力循环 （2） 常温分子筛吸附

常温吸附：同H2O,CO2一起吸附，进冷箱之前。

第七章 空气的分离

第一节 概述

1、空气的分离的实用意义

空分装置：制氧机、制氮机及氩气等。 大用户：炼钢：氧气为助燃剂

化工：合成氨中：N2原料，O2为氧化剂 酸、醇、醛：O2作为原料 玻 璃：N2保护气 航天：O2助燃推进，LN2压送剂

其它：LN2作为冷源，是O2生产的副产品

N2作为保护气：窒气、防氧化、防腐蚀、干燥气。

Ar：保护气，焊接中 2、低温分离：液化+精馏

?变温吸附TSA 常温分离：吸附法：固体对气体的吸附?

变压吸附PSA? 薄膜渗透法：d?15~100?m的空心纤维中获得分离气体

特点：低温分离投入大，设备复杂，可获得任意纯度的产品。

常温分离特别是吸附分离，设备简单，但纯度不高，近几年发展很快。 面临的工业：（1）气体工业：生产各类工业及生活用气

如N2 O2 Ar Ne He KrXe CO2 从空气中提

烷、烯、炔，主要是CH4C2H2 从天然气中提

以液态形式越来越多，便于储运。

L’Air、 BOC Praxair APCI 酸素 岩谷 Messer Linde 空分设备（制氧机），液化器（将气体再液化），储运设备

Linde L`Air 神钢 日立 APCI

（2）设备制造业：生产能分离气体的各种设备 （含储、运设备）

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/htz6.html