【正文】 圖 篩板塔的結(jié)構(gòu)原理圖 制 冷 原 理 與 技 術(shù) 圖 圓形泡罩的結(jié)構(gòu) ? 在塔板上按等邊三角形排列許多 泡罩 。 圖 所需理論塔板數(shù)的說明 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。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。 M是理論塔板數(shù)為 : ? 精餾段理論塔板數(shù)的簡單分析表達式 : M x yL V KB Mm m??l n ( / )l n ( / )1 1)/l n ()11l n (21 KVLxyNnnDN????() () 制 冷 原 理 與 技 術(shù) 5. 最小理論塔板數(shù) ? 當(dāng)操作線的斜率接近 1時，給定分離過程的理論塔板數(shù)達到最小，因為這時在塔底到塔頂之間取的步數(shù)最少。 對產(chǎn)品純度要求很高的情況下，為操作線進口段發(fā)展一個簡單分析表達式來計算理論塔板數(shù)。 有兩種基本方法用來計算精餾塔內(nèi)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。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(jié)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(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)用該法需要詳細的焓值數(shù)據(jù)。 制 冷 原 理 與 技 術(shù) 2. 精餾原理 精餾就是以部分蒸發(fā)和部分冷凝用逆流方式進行復(fù)迭分離的過程。 ?在冷凝或蒸發(fā)過程中，液相和氣相的 濃度是連續(xù)變化的 。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。 ? 對沸點相差較大的物質(zhì)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(zhì)所組成的混合物該法將失去分離作用。 制 冷 原 理 與 技 術(shù) ?若在液體混合物上部蒸汽相也可以看作理想氣體，則蒸汽相的分壓與總壓力之間關(guān)系由定律 GibbsDalton決定 : jj pyP ?jjj xpy )/(???蒸汽相中第 j組分的摩爾分量 : ?理想氣體混合物的分壓之和等于總壓 : ?? ??jjjjj xPP ??對于兩組分混合物， ，因此，服從 Raoult定律雙組分混合物式 : 12 1 xx ??)1( 1211 xxP ??? ??() () () () 制 冷 原 理 與 技 術(shù) 圖 氮－氬混合物的溫度－濃度圖 制 冷 原 理 與 技 術(shù) 圖 氮－氬混合物的溫度－濃度圖 制 冷 原 理 與 技 術(shù) (3) 平衡常數(shù) ?氣相和液相中摩爾百分比之間的關(guān)系可以用平衡常數(shù)表達 : jjj xyK /??理想氣體和液體 的平衡常數(shù) : PK jj /???雙組分混合物 的液相和氣相組成由每個組分的平衡常數(shù)來確定 ： 111 xKy ?)1( 12121 xKxKy ???121 ?? yy?可求得液和氣相中組分的摩爾百分比： 21211KKKx???2121111)1(KKKKxKy????() () () () 制 冷 原 理 與 技 術(shù) ? 在典型氮－氧混合物系統(tǒng)的焓－濃度圖中可以看出露點線(飽和蒸汽 )和泡點線 (飽和液體 )。 T = C P +2 T:描述體系狀態(tài)所需要獨立變量的數(shù)目 C:存在組分數(shù) P:存在的相數(shù) 制 冷 原 理 與 技 術(shù) 圖 －成份圖 (a) 壓力低于兩種組分的臨界壓力 (b)壓力在兩種組分的臨界壓力之間 (c)共沸混合物 制 冷 原 理 與 技 術(shù) (2)溫度 濃度圖 圖 制 冷 原 理 與 技 術(shù) 圖 －氮混合物的溫度－濃度圖 制 冷 原 理 與 技 術(shù) ? 相平衡曲線具體形式取決構(gòu)成混合物分子之間的內(nèi)作用力。對于一組相態(tài)，在物性之間存在一個蒸氣壓力方程的關(guān)系式。 ?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。 fefef hhhxhhhxhhhhy?????????122111121?取除氦壓縮機及膨脹機外的所有部件作為分析系統(tǒng)，對該穩(wěn)定流動系統(tǒng)應(yīng)用熱力學(xué)第一定律 : () 制 冷 原 理 與 技 術(shù) 圖 考林斯氦液化系統(tǒng) 制 冷 原 理 與 技 術(shù) 制 冷 原 理 與 技 術(shù) 圖 西蒙液化系統(tǒng) 17. 西蒙氦液化系統(tǒng) 制 冷 原 理 與 技 術(shù) 制 冷 原 理 與 技 術(shù) 圖 西蒙液化系統(tǒng)的 T－ S圖 制 冷 原 理 與 技 術(shù) ?假定厚壁容器傳入熱量可逆，同時容器材料的比熱符合 德拜表達式 : cccccc dTmCdSTmdQ ???容器的熵變?yōu)?: )( 3353 fDcc TTRS ??????存在漏熱 : cc SmmSS ??? )/( 656?液化率 : y S S m m SS Sg c cg f? ? ? ?( ( / ))5 6 ??滿液體部分的 容積比 : ? ? ? ?? ?1//666 －fgfgffyyymmVV ff????????????() () () () () 制 冷 原 理 與 技 術(shù) 氣體分離和純化系統(tǒng) 1. 熱力學(xué)理想分離系統(tǒng) 半滲透膜：該膜僅允許一種氣體自由完全地通過，而其他氣體無法通過。 制 冷 原 理 與 技 術(shù) 圖 正仲氫轉(zhuǎn)化布置 制 冷 原 理 與 技 術(shù) 16. 考林斯氦液化系統(tǒng) ?早期氦液化器采用液氫作為預(yù)冷劑 ,如帶預(yù)冷林德－漢普遜系統(tǒng)可以用來液化氦氣。 制 冷 原 理 與 技 術(shù) 圖 氦氣制冷的氫液化系統(tǒng) 制 冷 原 理 與 技 術(shù) 制 冷 原 理 與 技 術(shù) 氫液化器中正－仲氦轉(zhuǎn)換 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)沸點時，氫的平衡組成幾乎全部為 仲氫，占 %。 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)量壓縮氫或氖所對應(yīng)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(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