【正文】 氫可能存在兩種不同的狀態(tài) :正氫和仲氫 在平衡氫中正氫的濃度主要取決于氫的溫度 : ? 在常溫下，平衡氫是 75%正氫和 25%仲氫的混合物 ? 在液氫的標準沸點時，氫的平衡組成幾乎全部為 仲氫，占 %。對于一組相態(tài)，在物性之間存在一個蒸氣壓力方程的關系式。而氮－氦混合物，氨－氫混合物等由于沸點相差很大，完全可以通過部分冷凝法實現(xiàn)滿意有效的分離。 有兩種基本方法用來計算精餾塔內所需的理論塔板數(shù) : ?我們在討論時使用 McCableThiele 方法 ,因為它最適合于低溫場合。 圖 所需理論塔板數(shù)的說明 制 冷 原 理 與 技 術 6. 精餾塔的類型和結構 (1) 篩板塔 ? 篩板塔是由塔板組成。 操作十分穩(wěn)定，即使氣體負荷發(fā)生較大變動，對操作也影響不大 泡罩塔攔液量大，特別適用于從塔板上抽出或加入液體 泡罩塔板上蒸汽流道大，因此不易被固體顆粒堵塞 對塔板水平度要求一不象篩板塔那么嚴格。 再分配器使液體能夠均勻地潤濕所有填料，可避免液體沿筒殼流動而使中間填料得不到潤濕。在平衡條件下吸附物質的多少用 吸附量 表示。在這個循環(huán)中每個床包含三個階段 : 圖 Guerin－Domine循環(huán) ?用空氣使 A床加壓， (而 B床正被抽空 ) ?通過 B床使 A床泄壓 (兩床氣都往下流動 )收集氧氣 ?A床抽氣 ?在下半個循環(huán)中 A和 B的作用相反而完成一個吸附分離循環(huán)。 ? 與傳統(tǒng)的空分裝置相比， 能耗低 。 從材料性質分 :有機膜（高分子膜）和無機膜。 從膜滲透出來的氣流中 ,可應用在很多方面 : 制藥工業(yè) 養(yǎng)殖業(yè)，能促進魚的生長 助燃富氧空氣在燃燒中可以減少散射和增加效率 家庭富氧療法對呼吸困難的病人的護理是有利的 廢料的處理 ,在發(fā)酵過程和環(huán)境廢料的處理過程中，富氧空氣可以增加細菌的活性 空間技術燃料系統(tǒng)的惰化 食品工業(yè)水果和蔬菜的保鮮 制 冷 原 理 與 技 術 空氣分離系統(tǒng) 1. 林德單塔系統(tǒng) 圖 林德單塔氣體分離系統(tǒng) 制 冷 原 理 與 技 術 制 冷 原 理 與 技 術 圖 精餾工作過程圖。 6 氖分離系統(tǒng) ? 惰性氣體氖 的沸點僅高于氦和氫，蒸發(fā)潛熱大，適合在低溫實驗室內作制冷劑；電導高，在真空下通電發(fā)紅光，因此長期以來用來充填信號裝置。用冷凝法可獲得濃度為 50～ 90％的粗氦。若氣體間蒸汽壓相差很大（例：水蒸汽和空氣），那么這種方法對去除雜質氣體非常有效。 ?待純化的氣體首先通入換熱器內 冷卻 ，在該換熱器中，把來自于壓縮后純化氣體中的水和油被冷凝或凍結 下來。硅膠、活性炭、活性氧化鋁這些吸附劑具有多孔性結構，它們都具有很大的有效表面積，在低溫下對氣體具有很好的吸附性能。 ? 這種方法的分離效率取決于制冷溫度下的雜質氣體的分壓。其不需要附加液氮，而 采用膨脹機來制冷。 ? 氬氣的沸點介于氧和氮之間， 空氣進入塔后，經(jīng)過精餾，將在上塔中間某些部位形成氬的富集區(qū)。用于氣體分離的膜有兩種類型 :多孔型膜 和 非多孔型膜。 ? 設備簡單、機動性好 ，只要有一個壓縮空氣的氣源，就可以連續(xù)地工作，而且可以省去貯運氣體或液體的設備。在工業(yè)上成功地用單沸石床小規(guī)模生產(chǎn)氧氣，循環(huán)周期小于 30秒，所以吸附與脫附在等溫條件下實現(xiàn)。 用于低壓吹掃氣的體積至少不少于高壓原料氣的體積。 ?作為吸附劑的沸石分子篩有下列 特點： (1)有極強的吸附選擇性。 噴淋裝置可使液體均勻地噴灑在填料層上。 (2) 泡罩塔 制 冷 原 理 與 技 術 泡罩塔板在目前空分裝置中主要用在以下兩種情況 : ? 下塔最下面一塊塔板，不易被二氧化碳顆粒堵塞。雖然該條件下回流比最小，但所需的理論塔板數(shù)是無窮大。計算步驟如下 : 假定一個在露點和泡點之間的一個溫度 露點和泡點的溫度由混合壓力及供料摩爾百分比決定 計算液體百分比 用蒸汽相的摩爾百分比之和等于 1驗證 若等于 1，則求解結束，開始假定的混合物溫度正確 若不等于 1，重新假定混合物溫度，重復上述步驟 制 冷 原 理 與 技 術 4. 精餾塔的理論塔板數(shù)計算 I. 方法之一是 1921年 Ponchon和 1922年 Savarit建立的，它是一適用于所有情況的精確方法，但應用該法需要詳細的焓值數(shù)據(jù)。 ? 對沸點相差較大的物質所組成混合物通過部分冷凝能達到有效的分離，而對沸點相近物質所組成的混合物該法將失去分離作用。 ?如圖 左邊的活塞只允許氣體 A通過，右邊的活塞只允許氣體 B通過，通過把兩個活塞移動到一起，由氣體 A和 B組成的混合物就可逆地被分離成純凈的氣體 A和氣體 B。 11. 液化系統(tǒng) 圖 液化天然氣系統(tǒng) 制 冷 原 理 與 技 術 12. 各種液化系統(tǒng)的性能比較 表 以空氣為工質，＝ 300K， P＝ 制 冷 原 理 與 技 術 續(xù)上表： 制 冷 原 理 與 技 術 13. 用于氖和氫的預冷林德－漢普遜系統(tǒng) 圖 適用于液化氖和氫的 液氮預冷林德－漢普遜系統(tǒng) 制 冷 原 理 與 技 術 制 冷 原 理 與 技 術 ?單位質量壓縮氫或氖所對應的氮的 蒸發(fā)率 : ?取三個換熱器、液氮槽、液氫或氖的儲罐和節(jié)流閥作為分析系統(tǒng)，針對沒有熱漏的穩(wěn)定流動 : 21 22 )(0 hmhmhmhmmhm aNfffcN ?????? ??????mmz N ?? /2?z h hh h y h hh hc afc a? ?? ? ??2 1 1?單位質量 液化氫或氖下氮的蒸發(fā)率 : yzm/mm/mmm..f.Nf..N ?? 22() () () () 制 冷 原 理 與 技 術 圖 在液氮預冷林德－漢普遜系統(tǒng)中每液化單位質量氫所需氮的蒸發(fā)率與液氮槽溫度的關系 . 制 冷 原 理 與 技 術 14. 用于氖或氫的克勞特系統(tǒng) 圖 生產(chǎn)液氫或氖的 液氮預冷克勞特系統(tǒng) 制 冷 原 理 與 技 術 制 冷 原 理 與 技 術 15. 氦制冷的氫液化系統(tǒng) 采用氦制冷系統(tǒng)與高壓系統(tǒng)相比 : 優(yōu)點 : 相應地降低了使用壓力 縮小了壓縮機的尺寸 減小了系統(tǒng)材料的壁厚 不足 : 需用兩臺壓縮機 氦制冷機采用改進的克勞特系統(tǒng)，在循環(huán)中氦氣并不被液化，但達到的溫度比液氫或氖更低。 圖 液化率隨熱交換器入口溫度變化關系 . 制 冷 原 理 與 技 術 圖 預冷林德－漢普遜系統(tǒng) 制 冷 原 理 與 技 術 制 冷 原 理 與 技 術 圖 預冷林德－漢普遜循環(huán)的 TS圖 制 冷 原 理 與 技 術 ?應用熱力學第一定律 drffarf hmhmhmhmhmm ?????? ?????? 21)(0?定義制冷劑的質量流率比 : mmr r????液化率 : y h hh h r h hh hfa cf? ?? ? ??1 21 1?帶預冷系統(tǒng)的最大液化率 : yh hh h fm a x ???6 36() () () () ?假定主壓縮機是可逆等溫的 ,附加壓縮機是可逆絕熱的 .單位質量加工氣體壓縮耗功 : fiffimwhhSSTmw?????????? )()( 111() 制 冷 原 理 與 技 術 圖 液化率與極限液化率隨制冷劑流率的變化。 壓縮機和膨脹機的絕熱效率 壓縮機和膨脹機的機械效率 換熱器的效率 換熱器和管道的壓降 系統(tǒng)與環(huán)境的熱交換 ffiim/wm/wwwF O M?????????? () 實際性能參數(shù) 制 冷 原 理 與 技 術 2. 熱力學理想系統(tǒng) 圖 熱力學理想液化系統(tǒng) . (a) TS圖， (b)系統(tǒng)圖。 它采用低壓力，等溫節(jié)流效應及膨脹機焓降均較小。 ?當氫氣經(jīng)過液化 系統(tǒng) 時，氣體不可能在熱交換器內保持足夠長的時間以建立起一定溫度下的平衡氫組成，結果是 液氫由接近環(huán)境溫度下的正仲氫組成。 對于多于一相和超過一個組分物質，我們必須應用 Gibbs相規(guī)律 (1878年發(fā)現(xiàn) )來描述狀態(tài)所需要獨立變量的數(shù)目。 制 冷 原 理 與 技 術 二元組分相變過程的主要特性 : ?對于某一成分的二元混合物，在一定壓力下，