【正文】 經(jīng)過換熱器的干燥氣體通入低溫下的等溫吸附器內(nèi) 吸附 掉雜質(zhì)氣體。 ? 氣體分離系統(tǒng)中遇到的主要是物理吸附。 制 冷 原 理 與 技 術 (2) 物理吸附 吸附 (固體對氣體 )：當氣體與固體接觸時，在固體表面或內(nèi)部發(fā)生容納氣體的現(xiàn)象。 （ 1）冷凝純化 ? 氣體純化最簡單的方法是通過冷卻將混合氣中雜質(zhì)氣體冷凝或凍結(jié)。 ? 膜分離法 : 利用各種氣體對有機薄膜透氣性能上的差異，使氦從天然氣中分離出來。 組成物 大氣下沸點（ K） 體積百分比（ %） H2 N2 CO O2 CO2 CH4 C2H6 碳氫化合物 ── 其它 ── 表 典型的焦爐煤氣組成及組成物的沸點 制 冷 原 理 與 技 術 圖 －布盧爾氫分離系統(tǒng) 制 冷 原 理 與 技 術 ? 對于氫分離系統(tǒng)加以改進，該系統(tǒng)有別于林德－布盧爾系統(tǒng)。 氖分離系統(tǒng)由兩個子系統(tǒng)所組成 圖 粗氖子系統(tǒng) 制 冷 原 理 與 技 術 (2)純化子系統(tǒng) 把粗氖－氦混合氣送入純化子系統(tǒng)，然后加氧在觸媒爐內(nèi)氫氣與氧氣燃燒形成水蒸汽。稀有氣體主要是體積比為 ％的氬 。 ?林德單塔分離系統(tǒng)是最簡單的空氣分離系統(tǒng)之一，采用的是基本的林德－漢普遜液化系統(tǒng)，用精餾塔代替了儲液器，當然也可以用其他液化系統(tǒng)來為塔內(nèi)提供液體 . 林德的單塔系統(tǒng)有兩大缺點 : 1)僅能得到純氧產(chǎn)品 2)污氮放空浪費了大量的氧 制 冷 原 理 與 技 術 2 林德雙塔系統(tǒng) ?采用 兩個精餾塔 ，下塔氮氣液化作為下塔回流液通過上塔氧的沸騰來實現(xiàn)，上塔沸騰氧蒸汽作為上塔的上升蒸汽。 圖 3. 54氣體分離模型 制 冷 原 理 與 技 術 氣體膜分離裝置 是通過膜壁對氣體滲透來實現(xiàn)的。 從膜組件的結(jié)構(gòu)型式分 :中空纖維型和平板型兩種。 ? 沒有運動部件，幾乎用不著維護，因此 維護費用少 , 高效率和高可靠性降低了操作運行費用。要下降 (30～ 60)％。當床幾乎在等溫下操作才能實現(xiàn)最好的分離。 制 冷 原 理 與 技 術 ? 這三個參數(shù)不能同時兼顧，要獲得高純度的產(chǎn)品，產(chǎn)量就要降低，勢必引起另外兩個參數(shù)的降低。 Skarstrom循環(huán)的兩個有用點 : 為“保存吸附熱”應保持短的循環(huán)和低產(chǎn)量。 ?吸附平衡數(shù)據(jù)表示方式主要有三種 :吸附等溫線 ， 吸附等壓線 和 吸附等量線 ，最常用的是吸附等溫線。 ?對吸附質(zhì)有大的吸附能力 ?有高度的選擇性 ?能再生和多次使 ?有足夠的機械強度 ?化學性質(zhì)穩(wěn)定 ?供應量大 ?價格低 工業(yè)吸附劑性質(zhì) 制 冷 原 理 與 技 術 ? 目前主要有以下幾種吸附劑 :活性炭 、 硅膠 、 活性氧化鋁 和 沸石分子篩 。 ?填料塔填料中金屬絲網(wǎng)鞍形和金屬波紋填料已得到了廣泛使用。 填料可使氣液兩相高度分散，擴大相間接觸面積。 泡罩塔的優(yōu)點 泡罩塔板的 缺點 是 : 結(jié)構(gòu)復雜，耗材大，造價高，流阻大，在設計工況下塔板效率不如篩板塔。在這個空間里進行兩相的接觸，這是 熱質(zhì)交換的主要區(qū)域 。 ?塔板由篩孔板、溢流裝置組成。 ? 理論塔板最小數(shù) 可以利用 45度對角線作為操作線在 McCabeThiele圖上求得，或使用 FenskeUnderwood式求得 : 1)/l n ()1()1(ln21m i n ??????????KKxxxxN DBBD () 制 冷 原 理 與 技 術 ? 最小回流比 發(fā)生在兩條操作線和供料線與平衡線相交于同一點的狀態(tài)下。 制 冷 原 理 與 技 術 圖 理想塔板計算公式推導中所用的系統(tǒng) Vn定義為離開第 n塊塔板的蒸汽流率 Ln定義為離開第 n塊塔板的液體流率 制 冷 原 理 與 技 術 ?取第 n塊板上方塔的部分作為分析系統(tǒng)，應用質(zhì)量守衡定律可以得到 : ?對低沸點組分應用質(zhì)量守衡定律得 : ?應用熱力學第一定律得 : ?產(chǎn)品流率與蒸汽相流率的比值 : DLV nn ?? ? 1DxLxVy Dnnnn ?? ?? 11DDnnnn QDhLhVH ???? ?? 11DVH hQ D h hnn nD D n? ?? ???11( ? / )?精餾段的操作線方程 : Dnnnnn xVDxVLy )/()/( 11 ?? ???提餾段的操作線方程 : Bmmmmm xVBxVLy )/()/( 11 ?? ??() () () () () () 制 冷 原 理 與 技 術 求 McCabe－ Thiele解的理論塔板數(shù) 平衡線 :蒸汽相的摩爾百分比對與蒸汽相熱平衡液相中氮的摩爾百分比圖 . 圖 McCabe － Thiele法的解 制 冷 原 理 與 技 術 ? 當頂部和底部產(chǎn)品純度相當高時 ,在整個濃度范圍內(nèi)單個 McCabe－ Thiele圖由于在 x=0和 x=1附近變得相當小而該法不實用 。 圖 精餾塔的原理 制 冷 原 理 與 技 術 圖 精餾過程中溫度－濃度圖 圖 氣泡通過塔板時熱質(zhì)交換情況 制 冷 原 理 與 技 術 塔板效率 :塔板上的濃度變化與平衡時應達到的濃度變化之比 圖 板效率的定義 ?1946年 Geddes 分析了氣泡與液體之間質(zhì)傳遞的情況，得到了塔板效率式 : )/3e x p (1 0 bMM RtU????提高塔板效率的因素 : ① 小氣泡 (小 ) ② 長接觸時間 (大 ) ③ 大的總質(zhì)交換系數(shù) bR0tMU() 制 冷 原 理 與 技 術 3. 閃蒸計算 閃蒸計算的步驟如下 : ?第 j組分質(zhì)量平衡 : LxLFyLxVyFx jjjjFj ????? )()1/1(/1 ???? jFjjjj KFLxKxy?能量守恒 : )( LFHhLHVhLFh F ??????離開系統(tǒng)液體物流的百分比 : ?蒸汽相的摩爾百分比之和等于 1 : ?? ????j jFjjj KFLxy)1/1(/11hHhHFL F???() () () () () 制 冷 原 理 與 技 術 混合壓力已知，則僅含一個未知量即混合物 溫度。 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，開始冷凝或開始蒸發(fā)到冷凝結(jié)束或蒸發(fā)結(jié)束時 溫度是不斷變化的 ，這一點與純組分不同。 (4) 焓－濃度圖 圖 下氮－氧混合物的焓－濃度圖 制 冷 原 理 與 技 術 氣體的分離原理 1. 簡單冷凝或蒸發(fā)過程 3. 閃蒸計算 2. 精餾原理 4. 精餾塔的理論塔板數(shù)計算 5. 最小理論塔板數(shù) 6. 精餾塔的類型和結(jié)構(gòu) 制 冷 原 理 與 技 術 1. 簡單冷凝或蒸發(fā)過程 通過部分冷凝能實現(xiàn)混合物的分離過程的效率主要取決于溫度－濃度圖上相分離曲線的形狀。 對于多于一相和超過一個組分物質(zhì)，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。 ?使用這種裝置，氣體混合時就可以獲得輸出功，輸入同樣的功就可以把他們分開，因此，該過程是個可逆過程 。 ?當氫氣經(jīng)過液化 系統(tǒng) 時，氣體不可能在熱交換器內(nèi)保持足夠長的時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。 通過節(jié)流閥的氣體被壓縮至高壓 經(jīng)過膨脹機循環(huán)氣體僅壓縮至中壓 圖 雙壓克勞特系統(tǒng) 制 冷 原 理 與 技 術 制 冷 原 理 與 技 術 自動制冷復迭系統(tǒng) :工作時重組分先冷凝，輕組分后冷凝的特性，將它們依次冷凝、節(jié)流、蒸發(fā)得到不同溫度級的冷量，使天然氣對應組分冷凝并全部液化。 它采用低壓力，等溫節(jié)流效應及膨脹機焓降均較小。 制 冷 原 理 與 技 術 圖 即使氫或氦的簡單林德－漢普遜系統(tǒng)能按正確方向啟動，它仍不能傳遞足夠的能量以獲得液體 制 冷 原 理 與 技 術 ?林德－漢普遜系統(tǒng)的耗功 : )( 12 hhmwQ R ??? ????單位質(zhì)量耗功 : )()(/ 21211 hhssTmw ?????