【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(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)時(shí)，氫的平衡組成幾乎全部為 仲氫，占 %。對(duì)于一組相態(tài)，在物性之間存在一個(gè)蒸氣壓力方程的關(guān)系式。而氮－氦混合物，氨－氫混合物等由于沸點(diǎn)相差很大，完全可以通過(guò)部分冷凝法實(shí)現(xiàn)滿意有效的分離。 有兩種基本方法用來(lái)計(jì)算精餾塔內(nèi)所需的理論塔板數(shù) : ?我們?cè)谟懻摃r(shí)使用 McCableThiele 方法 ,因?yàn)樗钸m合于低溫場(chǎng)合。 圖 所需理論塔板數(shù)的說(shuō)明 制 冷 原 理 與 技 術(shù) 6. 精餾塔的類型和結(jié)構(gòu) (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(fù)荷發(fā)生較大變動(dòng)，對(duì)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(duì)塔板水平度要求一不象篩板塔那么嚴(yán)格。 再分配器使液體能夠均勻地潤(rùn)濕所有填料，可避免液體沿筒殼流動(dòng)而使中間填料得不到潤(rùn)濕。在平衡條件下吸附物質(zhì)的多少用 吸附量 表示。在這個(gè)循環(huán)中每個(gè)床包含三個(gè)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(guò) B床使 A床泄壓 (兩床氣都往下流動(dòng) )收集氧氣 ?A床抽氣 ?在下半個(gè)循環(huán)中 A和 B的作用相反而完成一個(gè)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(zhì)分 :有機(jī)膜（高分子膜）和無(wú)機(jī)膜。 從膜滲透出來(lái)的氣流中 ,可應(yīng)用在很多方面 : 制藥工業(yè) 養(yǎng)殖業(yè)，能促進(jìn)魚的生長(zhǎng) 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(duì)呼吸困難的病人的護(hù)理是有利的 廢料的處理 ,在發(fā)酵過(guò)程和環(huán)境廢料的處理過(guò)程中，富氧空氣可以增加細(xì)菌的活性 空間技術(shù)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(shù) 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(shù) 制 冷 原 理 與 技 術(shù) 圖 精餾工作過(guò)程圖。 6 氖分離系統(tǒng) ? 惰性氣體氖 的沸點(diǎn)僅高于氦和氫，蒸發(fā)潛熱大，適合在低溫實(shí)驗(yàn)室內(nèi)作制冷劑；電導(dǎo)高，在真空下通電發(fā)紅光，因此長(zhǎng)期以來(lái)用來(lái)充填信號(hào)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(duì)去除雜質(zhì)氣體非常有效。 ?待純化的氣體首先通入換熱器內(nèi) 冷卻 ，在該換熱器中，把來(lái)自于壓縮后純化氣體中的水和油被冷凝或凍結(jié) 下來(lái)。硅膠、活性炭、活性氧化鋁這些吸附劑具有多孔性結(jié)構(gòu)，它們都具有很大的有效表面積，在低溫下對(duì)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(zhì)氣體的分壓。其不需要附加液氮，而 采用膨脹機(jī)來(lái)制冷。 ? 氬氣的沸點(diǎn)介于氧和氮之間， 空氣進(jìn)入塔后，經(jīng)過(guò)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(shè)備簡(jiǎn)單、機(jī)動(dòng)性好 ，只要有一個(gè)壓縮空氣的氣源，就可以連續(xù)地工作，而且可以省去貯運(yùn)氣體或液體的設(shè)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(shí)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(diǎn)： (1)有極強(qiáng)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(shù) 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(wú)窮大。計(jì)算步驟如下 : 假定一個(gè)在露點(diǎn)和泡點(diǎn)之間的一個(gè)溫度 露點(diǎn)和泡點(diǎn)的溫度由混合壓力及供料摩爾百分比決定 計(jì)算液體百分比 用蒸汽相的摩爾百分比之和等于 1驗(yàn)證 若等于 1，則求解結(jié)束，開(kāi)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(fù)上述步驟 制 冷 原 理 與 技 術(shù) 4. 精餾塔的理論塔板數(shù)計(jì)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(yīng)用該法需要詳細(xì)的焓值數(shù)據(jù)。 ? 對(duì)沸點(diǎn)相差較大的物質(zhì)所組成混合物通過(guò)部分冷凝能達(dá)到有效的分離，而對(duì)沸點(diǎn)相近物質(zhì)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(guò)，右邊的活塞只允許氣體 B通過(guò)，通過(guò)把兩個(gè)活塞移動(dòng)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(shù) 12. 各種液化系統(tǒng)的性能比較 表 以空氣為工質(zhì)，＝ 300K， P＝ 制 冷 原 理 與 技 術(shù) 續(xù)上表： 制 冷 原 理 與 技 術(shù) 13. 用于氖和氫的預(yù)冷林德－漢普遜系統(tǒng) 圖 適用于液化氖和氫的 液氮預(yù)冷林德－漢普遜系統(tǒng) 制 冷 原 理 與 技 術(shù) 制 冷 原 理 與 技 術(shù) ?單位質(zhì)量壓縮氫或氖所對(duì)應(yīng)的氮的 蒸發(fā)率 : ?取三個(gè)換熱器、液氮槽、液氫或氖的儲(chǔ)罐和節(jié)流閥作為分析系統(tǒng)，針對(duì)沒(méi)有熱漏的穩(wěn)定流動(dòng) : 21 22 )(0 hmhmhmhmmhm aNfffcN ?????? ??????mmz N ?? /2?z h hh h y h hh hc afc a? ?? ? ??2 1 1?單位質(zhì)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(shù) 圖 在液氮預(yù)冷林德－漢普遜系統(tǒng)中每液化單位質(zhì)量氫所需氮的蒸發(fā)率與液氮槽溫度的關(guān)系 . 制 冷 原 理 與 技 術(shù) 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(yù)冷克勞特系統(tǒng) 制 冷 原 理 與 技 術(shù) 制 冷 原 理 與 技 術(shù) 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(diǎn) : 相應(yīng)地降低了使用壓力 縮小了壓縮機(jī)的尺寸 減小了系統(tǒng)材料的壁厚 不足 : 需用兩臺(tái)壓縮機(jī) 氦制冷機(jī)采用改進(jìn)的克勞特系統(tǒng)，在循環(huán)中氦氣并不被液化，但達(dá)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(guān)系 . 制 冷 原 理 與 技 術(shù) 圖 預(yù)冷林德－漢普遜系統(tǒng) 制 冷 原 理 與 技 術(shù) 制 冷 原 理 與 技 術(shù) 圖 預(yù)冷林德－漢普遜循環(huán)的 TS圖 制 冷 原 理 與 技 術(shù) ?應(yīng)用熱力學(xué)第一定律 drffarf hmhmhmhmhmm ?????? ?????? 21)(0?定義制冷劑的質(zhì)量流率比 : mmr r????液化率 : y h hh h r h hh hfa cf? ?? ? ??1 21 1?帶預(yù)冷系統(tǒng)的最大液化率 : yh hh h fm a x ???6 36() () () () ?假定主壓縮機(jī)是可逆等溫的 ,附加壓縮機(jī)是可逆絕熱的 .單位質(zhì)量加工氣體壓縮耗功 : fiffimwhhSSTmw?????????? )()( 111() 制 冷 原 理 與 技 術(shù) 圖 液化率與極限液化率隨制冷劑流率的變化。 壓縮機(jī)和膨脹機(jī)的絕熱效率 壓縮機(jī)和膨脹機(jī)的機(jī)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(shí)際性能參數(shù) 制 冷 原 理 與 技 術(shù) 2. 熱力學(xué)理想系統(tǒng) 圖 熱力學(xué)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(yīng)及膨脹機(jī)焓降均較小。 ?當(dāng)氫氣經(jīng)過(guò)液化 系統(tǒng) 時(shí)，氣體不可能在熱交換器內(nèi)保持足夠長(zhǎng)的時(shí)間以建立起一定溫度下的平衡氫組成，結(jié)果是 液氫由接近環(huán)境溫度下的正仲氫組成。 對(duì)于多于一相和超過(guò)一個(gè)組分物質(zhì)，我們必須應(yīng)用 Gibbs相規(guī)律 (1878年發(fā)現(xiàn) )來(lái)描述狀態(tài)所需要獨(dú)立變量的數(shù)目。 制 冷 原 理 與 技 術(shù) 二元組分相變過(guò)程的主要特性 : ?對(duì)于某一成分的二元混合物，在一定壓力下，