化工企業(yè)空分工藝培訓(xùn)講義-展示頁
2024-09-04 12:32本頁面
【正文】 制冷能力，我們把這個(gè)制冷能力稱為等溫節(jié)流制冷量（圖 5） 單位質(zhì)量工質(zhì)的制冷量 : q=CP1△ T 即： q= CP1 ai（ P1P2）＝ H3 – H2( H1=H2 ， H0=H3) ＝ H0 – H1 (CP1：工質(zhì) 在 P1下的平均定壓比熱 ) 圖 5 一次節(jié)流循環(huán)示意圖 從計(jì)算結(jié)果來看，等溫節(jié)流制冷量等于壓縮機(jī)等溫壓縮前后的焓差。氧、氮?dú)夤?jié)流溫降的計(jì)算經(jīng)驗(yàn)公式也與此類似。 在常溫范圍內(nèi)，空氣節(jié)流后的溫度變化，可以用每降低一個(gè)大氣壓所降低的溫度 ai 來表示 : ai=(－ )(273/T)2 ℃ /大氣壓 式中 P、 T 分別表示節(jié)流前空氣的絕對(duì)壓力（大氣壓）和絕對(duì)溫度（ K）。氧、氮、氫、二氧化碳等工質(zhì) 均存在相似的轉(zhuǎn)化曲線。 圖 4 給出的是由實(shí)驗(yàn)方法得到的空氣節(jié)流轉(zhuǎn)化曲線。而實(shí)際氣體的焓值是溫度和壓力的函數(shù)，因此實(shí)際氣體 圖 3 節(jié)流示意圖 節(jié)流后的溫度存在變化，歸納為三種情況：下降、不變、上升。同時(shí)，流體流經(jīng)閥門時(shí)與外界沒有功交換，在既無能量收入又無支出的情況下，流體在節(jié)流前后的能量應(yīng)不變，即節(jié)流前后的焓值相等 i1=i2,這說明節(jié)流本身并不產(chǎn)生冷量。 流體在管道內(nèi)流動(dòng)和流經(jīng)各種設(shè)備時(shí)也存在著流動(dòng)阻力，壓力也有所下降，所以如果泛指節(jié)流過程，也包括流體流經(jīng)管道與設(shè)備時(shí)的壓降過程。內(nèi)位能不僅與溫度有關(guān)，更主要的取決于分子間的距離，即決定于比容，比容越大內(nèi)位能越大。 流體的內(nèi)能由內(nèi)動(dòng)能與內(nèi)位能組成。熵代表了流體在流動(dòng)時(shí)所攜帶的能量，單位是 KJ/Kmol。 臨界點(diǎn)的存在說明：只有氣體的溫度低于其臨界溫度時(shí)，該氣體才可能變成液體。 I II 區(qū)：飽和液體曲線和蒸汽曲線下面的區(qū)域?yàn)闅庖汗泊鎱^(qū)。圖中向上凸起的曲線叫“飽和曲線”，飽和曲線有兩部分組成，左半邊稱為飽和液體線，右半部分稱為飽和蒸汽曲線 ,兩條曲線的匯合點(diǎn)稱 為臨界點(diǎn) .在臨界點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的溫度稱為臨界溫度 ,對(duì)應(yīng)的壓力稱為臨界壓力。為了直觀地描述這兩種熱力學(xué)過程，先引入溫 — 熵圖?，F(xiàn)以此來做理論介紹： 空氣是在 170℃以下的精餾塔中進(jìn)行分離的 ,所以說通過制冷 ,獲得所需的低溫并維持這個(gè)環(huán)境 ,是空氣分離的基本前提條件。 我們?cè)谶@所要介紹的就是低溫法空氣分離技術(shù) 。這種方法較前兩種方法可實(shí)現(xiàn)空氣組分的全分離、產(chǎn)品精純化、裝置大型化、狀態(tài)雙元化（液態(tài)及氣態(tài)），故在生產(chǎn)裝置工業(yè)化方面 占據(jù)主導(dǎo)地位。這種方法裝置更為簡單，操作方便，投資小但產(chǎn)品只能達(dá)到 28% 35%的富氧空氣，且規(guī)模只宜中小型化，只適用于富氧燃燒及醫(yī)療保健領(lǐng)域應(yīng)用。 吸附法是一種利用分子篩對(duì)不同分子的選擇吸附性能來達(dá)到最終分離目的的技術(shù)，該技術(shù)流程簡單，操作方便，運(yùn)行成本低，但獲得 高純度產(chǎn)品較為困難，而且裝置容量有限，所以該技術(shù)有其局限的應(yīng)用范圍。 化工企業(yè)空分 工藝 培訓(xùn)講義 目錄 第一節(jié) 概述 第二節(jié) 空氣的性質(zhì)及分離原理 第三節(jié) 流程敘述 第四節(jié) 主要設(shè)備介紹 第一節(jié) 概述 空氣是一種取之不盡的天然資源，它由具有豐富用途的氧氣、氮?dú)?、氬氣等氣體組成。這些氣體在空氣中是均勻地相互混合在一起的，要將他們分離開來是比較困難的，為此近百年來，隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)空氣的分離形成了三種技術(shù)方法：吸附法、膜分離法及低溫法。 膜分離法利用的是膜滲透技術(shù)，利用氧、氮通過膜的速率的不同，實(shí)現(xiàn)兩種組分的粗分離。 低溫法是利用空氣中各組分沸點(diǎn)的不同，通過一系列的工藝過程，將空氣液化，并通過精餾來達(dá)到不同組分分離的方法。和傳統(tǒng)的分離相比，這些氣體的分離需在 100K 以下的低溫環(huán)境下才能實(shí)現(xiàn)，所以稱之為低溫法（或深冷法）。 第二節(jié) 空氣的性質(zhì)及分離原理 一．空氣的一般性質(zhì) 空氣是一種混合物 ,除含有其固定的氧、氮、氦、氖、氬、氪、氙、氡組份外，還含有水蒸氣、二氧化碳、乙炔以及少量機(jī)械雜質(zhì)，其組成如表 1 所示，各組分氣體的物化參數(shù)如表 2 所示 : 表 1 空氣的組成 成分 體積 % 重量 % 成分 體積 % 重量 % 氧 氪 104 3 104 氮 氙 104 104 氬 氡 6 1010 二氧化碳 氫 104 104 氖 (1518) 104 12 104 臭氧 () 104 104 氦 () 104 104 表 2 幾種氣體的基本物化常數(shù) 名稱 分子式 分子量 氣體重度 正常沸點(diǎn) (760mmHg) 臨界點(diǎn) 760mmHg 溫度 液體重度 溫度 壓力 kg/m3 K/℃ kg/m3(℃ ) K/℃ 大氣壓 空氣 (194) 氧 O2 32 () 氮 N2 (196) 氬 Ar (183) 二氧化碳 CO2 (50) 乙炔 C2H2 升華 (80) 氙 Xe 氪 Kr 二 . 空氣分 離的基本原理 空氣壓縮、空氣凈化、換熱、制冷與精餾是空分的五個(gè)主要環(huán)節(jié)。 制冷的方法有兩種 :節(jié)流與膨脹。 (1).溫熵圖（ TS 圖） 溫熵圖是以溫度為橫坐標(biāo)，熵為縱坐標(biāo)的熱力學(xué)函數(shù)圖。臨界點(diǎn)是氣體與液體相互轉(zhuǎn)化的極限 (見圖 1) 圖 1 溫熵圖 (T— S圖 ) 飽和曲線和臨界點(diǎn)將此圖分為三個(gè)區(qū)域（見圖 2） : T III II S 圖 2 T – S 圖 I 區(qū)：臨界溫度以下，飽和液體曲線左邊的區(qū)域?yàn)檫^冷液相區(qū)。 III 區(qū)：臨界溫度 以上，飽和蒸汽曲線右測區(qū)域?yàn)檫^熱蒸汽區(qū)。 焓、熵與壓力溫度一樣，都是狀態(tài)參數(shù)，當(dāng)物質(zhì)的狀態(tài)確定后，它的焓、熵也隨之確定。 焓（單位質(zhì)量的焓）＝比內(nèi)能＋ PV，其中 PV 為流體受到的推動(dòng)力， P 為流體的壓力， V 為流體的比容。溫度越高，內(nèi)動(dòng)能越大。 流體的熵的變化等于外界傳 遞進(jìn)來的熱量與傳熱時(shí)流體的絕對(duì)溫度之比： △ S=△ Q/T 如果傳遞熱量過程中溫度不是常數(shù)，則當(dāng)流體由狀態(tài) 1→狀態(tài) 2的熵變應(yīng)為： △ S=∫ 12dQ/ T 熵的絕對(duì)值和焓及內(nèi)能一樣 ,在工程計(jì)算中無關(guān)緊要 ,我們所關(guān)心的只是它們的相對(duì)變化量 . (2).節(jié)流過程 當(dāng)一定壓力的流體在管內(nèi)流經(jīng)一個(gè)縮孔或閥門時(shí) ,由于流通截面突然縮小 ,流體中會(huì)發(fā)生激烈擾動(dòng) ,產(chǎn)生旋渦、碰撞、摩擦，流體在克服這些阻力的過程中，壓力下降，使閥門后的壓力 P2低于閥門前的壓力 P1(見圖 3)，我們把這種因流體流動(dòng)遇到局部阻力而造成的降壓過程稱之為節(jié)流。從能量轉(zhuǎn)換的觀點(diǎn)來看，由于工質(zhì)流經(jīng)節(jié)流閥的速度很快，膨脹后來不及與周圍環(huán)境進(jìn)行熱量交換，并且節(jié)流閥安裝在保冷箱內(nèi)，四周傳給的熱量可以忽略不計(jì)，因此節(jié)流過程可看成是絕熱過程。 節(jié)流過程是一個(gè)等焓過程，理想氣體的焓只是溫度的函數(shù)，所 以理想氣體節(jié)流后溫度并不發(fā)生變化。溫度變化與否同節(jié)流工質(zhì)的
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