【正文】 圖 篩板塔的結構原理圖 制 冷 原 理 與 技 術 圖 圓形泡罩的結構 ? 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 6. 精餾塔的類型和結構 (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 5. 最小理論塔板數(shù) ? 當操作線的斜率接近 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)。 制 冷 原 理 與 技 術 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。 制 冷 原 理 與 技 術 ?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 圖 氮－氬混合物的溫度－濃度圖 制 冷 原 理 與 技 術 圖 氮－氬混合物的溫度－濃度圖 制 冷 原 理 與 技 術 (3) 平衡常數(shù) ?氣相和液相中摩爾百分比之間的關系可以用平衡常數(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 ? 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 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 (2)溫度 濃度圖 圖 制 冷 原 理 與 技 術 圖 －氮混合物的溫度－濃度圖 制 冷 原 理 與 技 術 ? 相平衡曲線具體形式取決構成混合物分子之間的內作用力。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)應用熱力學第一定律 : () 制 冷 原 理 與 技 術 圖 考林斯氦液化系統(tǒng) 制 冷 原 理 與 技 術 制 冷 原 理 與 技 術 圖 西蒙液化系統(tǒng) 17. 西蒙氦液化系統(tǒng) 制 冷 原 理 與 技 術 制 冷 原 理 與 技 術 圖 西蒙液化系統(tǒng)的 T－ S圖 制 冷 原 理 與 技 術 ?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 氣體分離和純化系統(tǒng) 1. 熱力學理想分離系統(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 圖 正仲氫轉化布置 制 冷 原 理 與 技 術 16. 考林斯氦液化系統(tǒng) ?早期氦液化器采用液氫作為預冷劑 ,如帶預冷林德－漢普遜系統(tǒng)可以用來液化氦氣。 制 冷 原 理 與 技 術 圖 氦氣制冷的氫液化系統(tǒng) 制 冷 原 理 與 技 術 制 冷 原 理 與 技 術 氫液化器中正－仲氦轉換 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 ? 在液氫的標準沸點時，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 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