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稀有气体学习材料第一章稀有气体简述
1、氮敷提取的基本原理和过程主要组分的物理特性见表
1.Io由表
1.1可知,氯、氤是空气中沸点高、难挥发的组分,所以总是集中在主冷凝蒸发器的液氧和气氧中从空分装置中提取氟、ffi,先是从产品氧中提取氯-管原料气(即贫氮),再把贫氟中的氯、®组分进一步浓缩而得到粗氟包,最后再把氯和氤分离开来得到产品氟和产品氤
1.
2.1基本原理
1.氟、包在空气中的含量极微(氯约
1.14ppm,债约
0.086ppm),要从空分装置中提取这些极微量的气体组分,要经过多次的浓缩、提纯
2.氯、氤由于其高沸点的原因总是和氧在一起,所以提取贫氟债和粗氮债的过程,就是一个将氧和氟、管混合物分离的过程
3.随着氮、伍的浓缩,气体混合物中的碳氢化合物也必然跟着一起浓缩(因其沸点与氮、氤接近),这样在伴随大量氧存在的情况下,碳氢化合物的浓缩将有爆炸的危险所以在提取氟、伍混合物的工艺过程中很重要的一个方面,就是在氨、伍逐步浓缩的同时,通过催化的方式,不断地把碳氢化合物清除掉
1.
2.2主要的工作过程1贫氮包气中的碳氢化合物(主要是甲烷)用触媒催化的方式脱除,同时生成水和二氧化碳也需要用氨气保护氢具有强烈的扩散性,渗透能力特别强因此,对要求特别严格的压力容器和真空系统,氮是最好的检漏指示剂止匕外,氮是超低温制冷机的最佳制冷工质氮液化器、氮制冷机可以获得接近绝对零度的低温用液氨操作的泵,可以达到电子工业中需要的
133.32XlTpa的高真空度和在宇宙空间研究中需要的
133.32X1T°
133.32X10-12Pa超真空度〜在原子物理方面氮的原子核被作为a粒子在原子工业中,普遍应用氮气作为保护气原子反应堆中氢不仅作为保护气,还可以作为冷却剂因为氮的化学性质不活泼,对燃烧装置无腐蚀作用,能提高反应堆的温度和效率由于氮气本身的热导率高,冷却效果好在医疗方面,1:4的氧和氮的混合气能很快浸透肺部,加速氧和二氧化碳的交换,可以洽疗气喘、气管、喉部疾病,以及潜水病等在潜水作业中,若用普通空气,在深度50m以下,溶解在血液中的氮会引起麻醉,潜水员有生命危险所以,潜水员在深水作业时,不能用纯氧,而需要用氧、氮混合气代替空气.供潜水员呼吸,可以保证200nl深水作业的安全因此,氮气的消耗量很大由于氮气比氢气安全,可以用氯气代替氢气充填飞船、气象气球等氯气还可以作为色谱和载气随着宇宙空间技术、激光技术和红外线探测技术的发展,氨还有着广泛的用途笳气充填在灯泡中呈红色,长期被用来充填就信号装置及各种放电管,还广泛用于激光技术、红外线检测等方面.血气的气化潜热比氨气大40倍因而可以作为超低温的制冷剂.其最低温度为-
245.9℃窟、氨气还可用于多孔物质的真密度和表面积的测量氟、氤主要用于电光源方面氟、蕾,氤混合气充装的灯泡体积小、寿命长、效率高一般比白炽灯的效率高45倍,寿命可增加23倍闪光〜〜灯、频闪观测器等都应用氯、伍气由于伍灯的放电强度超过太阳光的放电强度,所以用债气充填的长弧氨灯,俗称“小太阳”,其穿雾能力极强可用于机场、车站、码头等处的照明.也可以应用于战场上另外,伍气的分子量较大,有很强的麻醉作用,在医学上是理想的麻醉剂伍还具有不透过X射线的性质.被用于脑X光摄影的造影剂,也应用于遮蔽X射线
5、压力表示什么意义常用什么单位?答单位面积上的作用力叫压力对静止的气体,压力均匀地作用在与它相接触的容器气瓶、储气罐的壁面上;对于液体,由于液体本身受到重力的作用,底部的压力高于表面的压力,而且随深度增加而增大按国家标准,力的单位为牛N,面积的单位为m2,则压力的单位为N/m2,叫帕Pa工程上应用此单位嫌太小,实际常用它的106倍,即lMPa=106Pao以前工程上习惯用大气压作为压力单位,并用液柱高度来测量压差它与MPa的关系为1工程大气压(at)=lkgf/cni2=
0.098MPa^
0.IMPa1标准大气压(atm)二760mniHg=
1.033工程大气压二
0.1013MPa标准大气压目前是作为确定一些理化数据的基准压力,一般不作为压力的单位使用工程大气压是作为压力的一种单位,一个工程大气压在数值上接近周围大气产生的压力液柱高度表示液体在重力作用下的力(重量)对单位面积增加的压力液柱产生的压力还与液体的密度(P)有关,计算公式为P二P ghImmHzO产生的压力为1000kg/m3x
9.8m/s2x
0.001m=
9.8PaImmHg产生的压力为13600kg/m3x
9.8m/s2x
0.001m=
133.2Pa=
13.6mmH
206、压力表测的压力是气体真正的压力吗?答压力表测量的压力数值反映压力的高低,但并不是实际的压力根据压力表的工作原理,测得的压力是实际压力(绝对压力)与周围大气压力的差值如图2所示,当实际压力高于大气压力时,测得的压力叫表压力绝对压力应等于表压力加上大气压力绝对压力二表压力+大气压力当实际压力低于大气压力时,测得的压力叫真空度,也叫负压绝对压力等于大气压力减掉真空度绝对压力二大气压力-真空度由于大气压力近似等于
0.IMPa,所以当压力较高时,表压力加上该数值就近似等于绝对压力例如,下塔的表压力为
0.48MPa,则绝对压力为
0.48MPa+
0.lMPa=
0.58MPao
7、温度表示什么意义,常用什么单位?答通俗地说,温度反映物体冷热的程度从本质上说,温度反映物质内部分子运动激烈的程度温度降低到一定程度,水可以变成固体,空气也可以变成液体定量地表示温度的高低有不同的温标最常用的是摄氏温标℃,取标准大气压下水的冰点为0℃,水的沸点为100℃o将其间分为100等分,每一等分为1度低于冰点的温度则为负例如,氧在标准压力下的液化温度为T
82.8C另一种温标为开尔文温标,也叫热力学温标,记为K它与摄氏温标的分度相同,但零点不同0℃相当于
273.15K即OK=-
273.15℃他们的关系如图3所示TK=t℃+
273.15t℃=TK-
273.15因此,采用开尔文温标,温度均为正值氧在标准大气压下的液化温度为-
182.8℃,开尔文温度为:-
182.8℃+
273.15=
90.35K
8、什么叫摩尔,为什么要用这个单位答摩尔mol是化学中作为物质的量的单位任何物质均由原子、分子组成,不同的分子具有不同的质量,通常用相对分子质量表示例如,氧的相对分子质量为32;氮的相对分子质量为28相同的物质的量加1的不同物质,表示具有相同的分子数,但具有不同的质量Imol氧的质量为32g,Imol氮的质量是28g因此,用摩尔表示物质的量时,需同时标明是什么物质相同摩尔的不同气体,占有相同的体积在标准状态下(0℃,
0.101325MPa)Imol氧、Imol氮等气体均占
22.4L的体积,对Ikmol气体的体积则为
22.4m3因此,对这些物质的热物理性质的数据,例如比焰等,均以每kmol给出,这样,要换算成每标准立方米,只需除以
22.4即可;要换算成每kg,则只需除以摩尔质量(数值等于相对分子质量)即可使用这个单位在作理论计算时有许多方便之处,在表示物质的热力学性质的图表中,通常给出的单位物质的蜡、燧值都是指每Imol(或Ikmol)时的值
9、什么叫熔?用什么单位?答在有关制氧机的书刊和技术资料中,经常会遇到“焰”这一个名词它表示什么意思呢简单地说,烙是表示物质内部具有的一种能量的物理量,也就是一个表示物质状态的参数单位是能量的单位:kJ或kj/kgo我们知道,宏观表示物体所具有的能量是动能和位能动能的大小取决于他的质量和运动速度;位能是由地球的引力产生,取决于物体的质量和离地面的距离在物质内部,它是由大量分子组成的,分子在不停地做乱运动,具有分子运动的动能温度越高,分子运动越激烈,分子运动的动能就越大分子相互之间也有吸引力,分子间距离不同,相互吸引的位能也改变这种肉眼所不能看见的物质内部具有的能量叫“热力学能”物质由液态变为气态,是这种能量增大的体现对于流体(液体、气体),当在缓慢流动时,虽然宏观运动的动能很小,但是,后面的流体必须为反抗前面的流体的压力做功,才能往前流动自行车胎打气就是一个做功使气体流入轮胎的过程根据能量转换定律,这个推进功将转变成流体携带的能量,叫做流动能,它与推进的压力有关,等于压力P与体积V的乘积pV在流动的流体内部,除了热力学能U之外,还有这部分流动能为了方便,将这两部分能量之和,称为“焰,用符号H对单位量流体用h表示即焰二热力学能+流动能H=U+pV或h=p+pv在给氧气瓶充气时,可以感到气瓶的温度升高,就是因为带入的能量中有一部分是流动能,而进入瓶后不再流动,这部分流动能又转换成瓶内气体的热力学能,反映出温度升高实际的氧气生产过程要经历气体压缩、膨胀、加热、冷却等,均为流动过程,它的能量变化都体现在焰的变化因此,在作定量分析计算时,经常要用到焰这个物理量,计算熔的数值能量的单位是焦J或千焦kJ,焰也具有能量的单位对单位数量的培h比焰,常用单位为J/mol或kj/kmol
10、什么叫熠,有何用途?答熠与温度、压力、焰等一样,也是反映物质内部状态的一个物理量它不能直接用仪表测量,只能推算出来,所以比较抽象在作理论分析时,有时用牖的概念比较方便在自然界发生的许多过程中,有的过程朝一个方向可以自发地进行,而反之则不行例如,一个容器的两边装有温度、压力相同的两种气体,在将中间的隔板抽开后,两种气体会自发地均匀混合,但是,要将它们分离则必须消耗功混合前后虽然温度、压力不变,但是两种状态是不同的,单用温度与压力不能说明它的状态两个温度不同的物体相互接触时,高温物体会自发地将热传给低温物体,最后两个物体温度达到相等但是,相反的过程不会自发地发生上述现象说明,自然界发生的一些过程是有一定的方向性的,这种过程叫不可逆过程过程前后的两个状态是不等价的用什么物理量来度量这种不等价性呢通过研究,找到了“熠”这个物理量有些过程在理想情况下有可能是可逆的,例如气缸中气体膨胀时举起一个重物做了功,当重物下落时有可能将气体又压缩到原先的状态根据熠的定义,熠在一个可逆绝热过程的前后是不变的而对于不可逆的绝热过程,则过程朝端增大的方向进行或者说,牖这个物理量可以表示过程的方向性,自然界自发进行的过程总是朝着总焙增加的方向进行,理想的可逆过程总焙保持不变对上述的两个不可逆过程,它们的终态的端值必大于初态的焙值在制氧机中常遇到的节流阀的节流膨胀过程和膨胀机的膨胀过程均可近似地看成是绝热过程二者膨胀后压力均降低但是,前者是不可逆的绝热膨胀,膨胀前后端值肯定增大后者在理想情况下膨胀对外作出的功可以等于压缩消耗的功,是可逆绝热膨胀过程,膨胀前后焙值不变,叫等燧膨胀实际的膨胀机膨胀会有损失,也是不可逆过程,熠也增大但是,它的不可逆程度比节流过程小,增加的焙值也小因此,烯的增加值反映了这个绝热过程不可逆程度的大小在作理论分析计算时,引入燧这个状态参数很为方便燧的单位为J/mol,K或kJ/kmol•K但是,0通常关心的不是焙的数值,而是嫡的变化趋势对实际的绝热膨胀过程,燃必然增加牖增加的幅度越小,说明损失越小,效率越高
11、什么叫饱和温度、饱和压力,它们与沸点、蒸发温度、冷凝温度等有什么样的关系?答饱和温度与饱和压力是气液平衡中的术语如果在一密闭的容器中未充满液体,则部分液体分子将进入上部空间,称为“蒸发随着空间内蒸气分子数目增加,它所产生的蒸气压力也提高,到一定的时候,空间内的蒸气分子数目不再增加,此时,离开液体的分子数与从空间返回液体的分子数达到了动态平衡,也叫达到了“饱和状态”这时蒸气所产生的压力叫“饱和压力”对同一种物质,饱和压力的高低与温度有关温度越高,分子具有的能量越大,越容易脱离液体而气化,相应的饱和压力也越高一定的温度,对应一定的饱和压力,二者不是独立的因此,在饱和状态下,饱和压力所对应的温度也叫“饱和温度”通常可从手册中查到各种物质的饱和温度与饱和压力的关系平常见到的水在空气中的气化过程可分为蒸发和沸腾两类蒸发是在水的表面进行,沸腾是在液体内部同时发生气化的过程在一定的压力下,当液体温度升高到产生沸腾时的温度叫“沸点ts”对纯物质来说,蒸发与沸腾没有本质的区别,沸点也叫“蒸发温度”密闭在定压容器内的液体进行加热时,开始液体的温度t低于沸点ts,全部处于液态,叫过冷液体;当对液体加热温度升高到沸点时,液体将开始气化,叫饱和液体;在气化阶段,蒸气的数量不断增加,温度维持沸点不变,直至液体全部气化成蒸气,叫饱和蒸气在气化阶段容器内的气液具有相同的温度沸点与压力的关系,和饱和温度与饱和压力的关系相同因此,沸点就是同样压力下的饱和温度二者具有相同的意义,只是不同的说法把气液共存的状态叫处于饱和状态对饱和蒸气继续加热,蒸气的温度才升高,超过饱和温度,叫过热蒸气冷凝过程是蒸发的反过程对纯物质,冷凝温度也叫液化温度,它等于相同压力下的蒸发温度饱和温度则可将二者统一起来
12、什么叫临界温度、临界压力?答对同一种物质来说,较高的饱和压力对应较高的饱和温度提高压力则可以提高液化温度,使气体变得容易液化即在一定温度下,可以通过提高压力来使它液化但是,对每一种物质来说,当温度超过某一数值时,无论压力提得多高,也不可能再使它液化这个温度叫“临界温度”临界温度是该物质可能被液化的最高温度与临界温度对应的液化压力叫临界压力不同的物质具有不同的临界温度和临界压力物质名空气02N2H20NH3CO2H2称
374.临界温-
140.65-
118.4-
146.
132.4-
239.〜
31.100度/℃-
140.
75090060522.
11.
7.临界压
3.868-
3.
8765.
0793.
3941.3205658530力/MPa50在临界温度及临界压力下,气态与液态已无明显差别;超过临界压力时,温度降至临界温度以下就全部变为液体,没有相变阶段和相变潜热反之的气化过程也相同对内压缩流程,液氧在装置内压缩到所需的压力后再在高压热交换器中复热气化如果液氧的压缩压力低于临界压力(例如炼钢用氧压力
3.OMPa),则在热交换器的气化过程中,有一段吸收热量、温度不变的气化阶段,然后才是气体温度升高的过热阶段;如果液氧的压缩压力高于临界压力(例如化学工业用氧压力
6.OMPa或更高),则在热交换器的气化过程中,没有一个温度不变的气化阶段这将影响高压热交换器的传热性能,在设计时需要充分考虑
13、什么叫分压力?答由几种不同的气体均匀地混合在一起,所组成的气体混合物叫“混合气体”空气就是一种混合气体组成混合气体的每一种成分叫“组分”在混合气体中,各种组分的气体分子分别占有相同的体积(即容器的总空间)和具有相同的温度混合气体的总压力是各种分子对器壁产生撞击的共同作用的结果每一种组分所产生的压力叫分压力,它可看作在该温度下各组分分子单独存在于容器中时所产生的压力Pn实验证明,混合气体o的总压力户等于各组分的分压力Pn之和P=P1+P2++Pn
14、什么叫绝对湿度2分子筛吸附法清除贫氮债气中的水和二氧化碳3由粗氮伍塔提取粗氮伍液4由氮包分离塔将粗氟和粗债分离出来5由纯氨塔进一步提纯粗氯,得到产品纯氟6由粗包塔与纯债塔进一步提纯粗包,得到产品纯包7从主换热器敷热的氧气,进氧压机机压缩后,送到管网表L1主要组分的物理特性名称化学符号空气中体积百分比重量百分比
020.
9523.1氧2Kr
0.
000110.00032氟Xe
0.
0000080.00004续表
1.1化学名沸点温熔点温度比重临界点符号度C Ckg/m3kg/1℃10-1Mp a称G氧0-183-
218.
41.
431.14-
118.
450.82氮Kr-
153.4-
157.
03.
64312.413-
63.855Xe-
108.0-
111.
55.
893.06+
16.
658.75甲CH4-
161.5-
182.
50.
71670.426-
82.
546.4上
1.4工艺流程概述中压液氧泵从低温液体贮槽中抽取贫氮债液,加压至液氧的临答由于水的不断蒸发,空气中总含有部分水蒸气这种含有水蒸气的空气称为“湿空气”一定体积的空气中含有的水蒸气越多,空气就越潮湿;含有的水蒸气越少,空气就越干燥因此,空气的干湿程度可以用每立方米空气内所含的水蒸气数量来表示,这叫空气的“绝对湿度”,单位为kg/m3或g/m3实际上要直接测定空气中的水蒸气含量比较困难我们知道,水蒸气产生的分压力与其含量有关,是成正比关系因此,也可以用空气中所含的水蒸气产生的分压力Pw Pa来表示空气的绝对湿度Pwwwkg/m3o它们的关系为P ww=Pw/Rw,T式中Rw一水蒸气的气体常数,Rw=
461.7J/kg•K;T一湿空气的温度,Ko
15、什么是饱和含量?答空气中所能容纳的水蒸气含量是有一定限度的当达到某一数值时,含量不能继续增多,多余部分会以液态水的状态析出这个最大允许含量叫饱和含量在日常生活中我们可以看到,在密封容器中,水蒸发到一定程度就不再继续蒸发这是因为在开始时,空间中水蒸气的分子数目较少,液体中有较多水分子可跑到空间中去,使空间的水蒸气分子数目增多与此同时,也有一部分水蒸气分子会跑到液体中去当离开液体的分子数目与跑回到液体中去的分子数目相等时,空间的蒸气分子数目不再增加,即蒸气的含量达到最大值在饱和含量下蒸气不再增加,即蒸气的含量达到最大值在饱和含量下蒸气分子所产生的分压力叫饱和分压力在敞开的大空间内,当空气较潮湿时,衣服不易晾干,这也是因为空间中的水蒸气分子达到了饱和,即空气中水蒸气的分压力达到饱和分压力,湿衣服上水分无法再蒸发到空间中去的缘故随着温度的升高,分子运动的能量增加,有更多的分子可以脱离液体表面的引力而进入空间,变成蒸气,这就可使蒸发过程加剧温度降低时则相反,分子运动的能量减少到一定程度,因互相吸引而冷凝成液体所以,随着温度的升高,空气中能够容纳的水蒸气越多温度越高,所对应的水蒸气最大含量(饱和含量)也越大;在饱和含量时水蒸气所产生的分压力(饱和水蒸气压)也越高它们之间有一一的对应关系
16、什么叫相对湿度?答在许多实际问题中,即使绝对湿度相同,由于温度不同,对应的饱和含量也不同,即在空气中能容纳的水分数量也不同因此,蒸发的快慢就不一样为了能表示空气中水分含量离饱和状态的远近,采用了相对湿度的概念相对湿度是指每立方米空气中的水蒸气含量P w(g/m3)与当时温度下最大允许含量(饱和含量)P s(g/m3)之比}若用中表示相对湿度,则^=(P/s)X100%W P由于水蒸气的含量与它的分压力成正比,所以相对湿度也可以表示为空气中水蒸气的分压力Pw与当时温度下饱和水蒸气的分压力Ps之比即:中二(Pw/Ps)X100%例如,空气的温度为8c时,水蒸气的分压力Pw=800Pa(6nmi汞柱),由表8可查得8℃时的饱和水蒸气压力为Ps=1066Pa(8mm汞柱)这说明水蒸气含量尚未达到饱和,其相对湿度为i|)=800/1066X100%=75%当空气中水分达到饱和时,则相对湿度为100%;干燥空气的相对湿度为0%因此,相对湿度是在0%100%之间〜由于饱和蒸气压随温度降低而减小,因此,即使相对湿度均为100%,但是,在不同温度下空气中的水分含量(绝对湿度)是不同的例如,在空分装置的切换式换热器中,空气温度不断降低,虽然空气的相对湿度始终为100%,但是绝对湿度却不断在减少,最终能使空气中的水分全部析出,几乎不含水分
17、什么叫露点,为什么能用露点表示空气中的水分含量?答在日常生活中我们可以看到,到夜间空气温度降低时,空气中的水分会有一部分析出,形成露水或霜这说明在水蒸气含量不变的情况下,由于温度的降低,能够使空气中原来未达饱和的水蒸气可变成饱和蒸气,多余的水分就会析出使水蒸气达到饱和时的温度就叫作“露点”测得露点温度,就可以从下表中查得其水蒸气含量由于温度降低过程中水蒸气含量并没有改变,因此,测定露点实际上就是测定了空气中的绝对湿度如果露点越低,表示空气中的水分含量越少露点可用专用的露点仪测定例如,空气经干燥器后的露点为-50℃,由表中可查得与-50℃对应的饱和水分含量为
0.038g/ni3,说明空气中尚含有这些水分如果露点为-60℃,则饱和水分含量为
0.011g/m3露点越低,o说明干燥程度越高
18、空分的容量是如何表示的,什么叫标准立方米?答制氧机容量的大小通常用每小时生产的氧气数量来表示,m3/ho但是,对气体来说,由于气体有很大的可压缩性,同样数量的气体,当压力和温度变化时,体积也会发生变化因此,当用体积表示气体数量时,必须指明是在什么温度和压力下的体积通常把1标准大气压
0.1013MPa、0℃的状态称为标准状态,在该状态下占的体积叫标准立方米因此,表示制氧机各种产品用每小时的体积产量m3/h为单位时,实际都是指标准状态下的体积1标准立方米的不同气体的质量是不同的,对氧气为
1.429kg;对氮气为
1.25kg;空气为
1.293kg但是,对不同的气体,当它的质量等于它的分子相对质量时,则都具有相同的标准体积即32kg氧气,28kg氮气,
39.95kg瀛气等气体都占
22.4m3的标准体积
19、名词解释什么是加工空气?答指用来分离气体和制取液体的原料空气什么是标准状态?答指温度为0℃、压力为
101.325kPa时的气体状态什么是节流?答流体通过锐孔膨胀而不作功来降低压力过程什么是节流效应?答气体膨胀不作功产生的温度变化什么是膨胀?答流体压力降低,同时体积增加什么是空气膨胀?答空气在膨胀机内绝热膨胀,同时对外作功的过程什么是温差?答指冷热流体两表面或两环境之间有热量传递时的温度差什么是热端温差?答指冷热流体在换热器热端的温度差什么是冷端温差?答指冷热流体在换热器冷端的温度差什么是液汽比(回流比)?答在精镭塔中下流液体量与上升蒸汽量之比什么是液泛?答:在精微塔中上升蒸汽速度过高,阻止了液体正常往下溢流的工况什么是跑冷损失?答在低于环境温度下工作的设备与周围介质存在的温差所产生的冷量损失什么是复热不足损失答在换热器热端冷热流体间存在的温差而导致冷量回收不完全的损失什么是冷量损失?答指空气分离设备的冷箱由于跑冷和复热不足的冷量损失稀有气体有哪些?答有氮、笳、氮、氟、债等五种气体什么是蒸发?答在某种温度下,液体的外露界面上进行的汽化过程什么是沸腾?答气泡的生成如果不仅在液体的自由表面,并且在整个体积内进行,与汽化的区别在于沸腾是在特定的温度(所谓的沸腾温度或沸点)下进行什么是易挥发组份?答在同一压力下所对应的饱和温度越低,表示该物质越容易被汽化什么是过冷液体?答温度低于该压力所对应饱和温度的液体,也叫未饱和液体*任何物质都能以气液固的形式出现,并在一定条件下发生相互转化什么是热力学第一定律?答当某一定量机械能产生时(即完成了功),必有相当的热量消失掉,反之,当消耗了一定量的功时,(即消耗了机械功),必发生相当的热量*△口二口2--u1=QAWA.绝热过程Q=0,则二—AWB.等容过程归0,则△口二QC.当工质完成热力循环后,系统回到原状态以2二ul,则Q二AW饱和蒸汽压饱和蒸汽压温度℃温度℃饱和水分含量g/m3Pa饱和水分含量g/m3Pa
4050.
917368.624-
121.
81217.
38243846.
006618.70S T
41.
52181.
28523641.
515935.392~
161.
27150.
78243437.
405314.68-
181.
06125.
07483233.
644483.512-
200.
888103.
36323030.
304238.42-
220.
73685.
2482827.
203776.22-
240.
59070.
06322624.
303357.972-
260.
50457.
2762421.
802981.016-
280.
41446.
75322219.
402641.356-
300.
34038.
09522017.
302336.33-
320.
27730.
76921815.36206L936-
340.
22624.
90841613.
631815.516-
360.
18420.
11321412.
051597.068-
380.
14916.
11721210.
681401.264-
400.
12012.
9204109.
351226.77-
420.
09610.
256488.
281072.26-
440.
0778.
125267.
28933.732-
460.
0616.
393646.
39812.52-
480.
0495.
061625.
60704.628~
500.
0383.
862804.
85609.923-
520.
0303.
06362.3976-
24.
14516.816-
540.
0241.8648-
43.
52436.896-
560.018~
63.00368,298-5S
0.
0141.4652-
82.
54309.8232-
600.
0111.0656-
102.
14259.74-
900.0093氮债理化性质:氯气是稀有气体,无色、无味、无毒、惰性,氮气集中存在于大气中在大气中占有
1.1ppm沸点-
153.35C,大气中氟的含量极低痕量,按体积计为
1.14X10-6不能燃烧,也不助燃能吸收X射线气体相对密度
3.736-
152.9℃,液态相对密度
2.155熔点-
156.6℃,沸点-
152.3±
1.0℃o临界温度-
63.81口,临界压力55x105Pa具有o密度高、热导率低、透射率大等性质.焦气是无色气体,不能燃烧,也不助燃能吸收X射线气体相对密度
5.887±
0.009,液态相对密度
3.52100℃,固体相对密度
2.7-140℃o临界温度
16.6C,临界压力
58.2X100Pa,临界密度
1.155o是相对原子质量最大、密度最大的天然稀有气体就理化性质外观与性状无色无臭的惰性气体pH值:无意义熔点℃-
248.7沸点℃-
245.9相对密度水=1:
1.20/-246℃相对蒸气密度空气=
10.7饱和蒸气压kPa:
101.32/-246℃临界温度℃:-
228.7临界压力MPa:
2.73辛醇/水分配系数:无资料闪点℃:无意义引燃温度℃:无资料爆炸下限[%V/V]:无资料爆炸上限[%丫/丫]:无资料溶解性微溶于水主要用途用于填充电子管、霓虹灯及液化深冷源等氮理化性质外观与性状无色无臭的惰性气体pH值:无意义熔点℃:-
272.1沸点℃-
268.9相对密度水=1:
0.15/-271℃相对蒸气密度空气=1:
0.14饱和蒸气压kPa:
202.64/-268℃临界温度℃:-
267.9临界压力MPa:
0.23辛醇/水分配系数:无资料闪点℃:无意义引燃温度℃:无资料爆炸下限[%7]:无资料爆炸上限[%V/V]:无资料溶解性不溶于水、乙醇主要用途用于气球、温度计、电子管;潜水服等的充气第三章空气纯化系统
20、分子筛的分子筛的品种型号分子筛又称合成沸石是一种硅铝酸盐多微孔晶体,它是由SiO和AI0四面体组成和框架结构在分子筛晶格中存在金属阳离子如Na,K,Ca等,以平衡四面体中多余的负电荷分子筛的类型按其晶体结构主要分为A型,X型,Y型等.A型主要成分是硅铝酸盐,孔径为4A(1A=10-10米),称为4A(又称纳A型)分子筛;用Ca2+交换4A分子筛中的Na+,形成5A的孔径,即为5A(又称钙A型)分子筛;用K+交换4A分子筛的Na+,形成3A的孔径,即为3A(又称钾A型)分子筛X型硅铝酸盐的晶体结构不同(硅铝比大小不一样),形成孔径为9—10A的分子筛晶体,称为13X(又称钠X型)分子筛;用Ca2+交换13X分子筛中的Na+,形成孔径为9A的分子筛晶体,称为10X(又称钙X型)分子筛Y型Y型分子筛具有X型分子筛烽似的晶体结构,但化学组成不同(硅铝比较大)通常用于催化领域分子筛是一种硅铝酸盐,主要由硅铝通过氧桥连接组成空旷的骨架结构,在结构中有很多孔径均匀的孔道和排列整齐、内表面积很大的空穴此外还含有电价较低而离子半径较大的金属离子和化合态的水由于水分子在加热后连续地失去,但晶体骨架结构不变,形成了许多大小相同的空腔,空腔又有许多直径相同的微孔相连,比孔道直径小的物质分子吸附在空腔内部,而把比孔道大得分子排斥在外,从而使不同大小形状的分子分开,直到筛分分子的作用,因而称作分子筛它主要用于各种气体、液体的深度干燥,气体、液体的分离和提纯,催化剂载体等,因此广泛应用于炼油、石油化工、化学工业、冶金、电子、国防工业等,同时在医药、轻工、农业、环保等诸多方面,也界压力以上,可以避免液氧中碳氢化合物的浓缩析出经过空温式气化器气化成常温贫氮伍气,减压后送至回热器与除甲烷接触炉出口的贫氮氤气换热升温,再由电加热器加温至催化反应所需的温度,进入除甲烷接触炉氧气和甲烷在一定的温度下,在催化剂的作用下,反应生成水和二氧化碳,并产生一定的反应热为了节约能源,用反应后的贫氟氤气和反应前贫氟管气换热,回收热量但此时温度还是太高,不宜进入分子筛吸附器,故经氧气冷却器进一步冷却,然后进入分子筛吸附器在分子筛吸附器中同时吸附脱除催化反应后贫氟伍中的二氧化碳和水份分子筛吸附器一只使用,一只再生再生气体主要采用出冷箱主换热器后的氮气通过甲烷清除系统的气体进入分储塔,在热交换器中被返流的冷气体冷却后,被送入粗氮伍塔、粗氮伍塔顶设有冷凝器,通过液氮的冷却产生精储所需要的回流液,在塔底设有由调功柜控制的电加热器,使粗氮债塔底产生上升蒸汽从粗氯氤塔的底部得到氮蕉浓缩物(^
99.9%Kr+Xe)送至后级精储系统精储在第伍分离塔中纯氟伍浓缩物被分离成氟和值组分塔顶的气态氟(>
99.98%)被送入纯氟塔,在该塔中脱除掉四氟化碳后获得纯液态氯,而其他不纯组分则留在塔底的液体中同时,液态氤(三
99.82%)不断地从氯包分离塔的底部抽出连续送入粗氤塔在粗包塔中,不纯组分(主要是SF6)被收集在塔的底部排入大气,而粗包(
299.86%)则从粗氤塔的顶部送入纯伍塔的中部在纯氤塔中进行M的最终分离,纯液氤被收集在塔的底部,而不纯气体则从纯伍塔的顶部排入大气粗氮氤塔的顶部冷凝器由液氮作冷源,蒸发后氮气经热交换器日益广泛地得到应用3A型分子筛,主要用于石油裂解气、烯燃、炼气厂、油田气的干燥,是化工、医药、中空玻璃等工业用干燥剂化学式:2/3K20•l/3Na220・AI203-2SiO2・.9/2H20主要用途
1、液体(如乙醇)的干燥
2、中空玻璃中的空气干燥
3、氮氢混合气体的干燥
4、制冷剂的干燥4A型分子筛,主要用于天然气以及各种化工气体和液体、冷冻剂、药品、电子材料以及易变物质的干燥、氨气纯化、甲烷、乙烷丙烷的分离化学式Na20-A1203・2SiO2・9/2H20主要用途
1、空气、天然气、烧完烷、制冷剂等气体和液体的深度干燥;
2、负气的制取和净化;
3、电子元件和易受潮变质物质的静态干燥;
4、油漆、聚脂类、染料、涂料中做脱水剂5A型分子筛化学式3/4CaO•l/4Na20・A1203•2SiO2-9/2H20主要用途
1、天然气干燥、脱硫、脱二氧化碳;
2、氮氧分离、氮氢分离,制取氧、氮和氢;
3、石油脱腊、从支煌、环煌中分离正构烧(可再生)13XAPG分子筛主要用于大中型空分装置原料气的净化中空玻璃专用分子筛系列,可以同时吸附中空玻璃中的水分和残留有机物,使中空玻璃即使在很低温度下仍然保持光洁透明,充分降低中空玻璃因为季节和昼夜温差变化所承受的强大内外压力差,彻底解决普通中空玻璃干燥剂易使普通中空玻璃膨胀或收缩导致的扭曲破碎问题,充分延长中空玻璃的使用寿命
21、分子筛的再生分子筛的再生为了取得好的操作性能和尽可能长的寿命,分了筛使用一定时间后必须再生正确再生后的分子筛同新鲜的一样,其吸附性能和机械性能的衰减和老化是非常低的分子筛的再生有两种基本方法1)改变温度,即“变温”它是通过加热分子筛来除去被吸附的物质工业上一般是用经预热的再生气加热,加热并吹扫分子筛,并带走脱附下来的吸附质2)改变相对压力,即“变压”一般用于气相吸附过程其基本方法是保持吸附剂温度不变,通过降低压力和惰性气体反吹,除去吸附质再生通常是同吸附逆向进行的,这可使被容纳于吸附床入口处的大部分吸附质不必通过整个床层,部分分子筛也可不与湿热气体接触,从而提高分子筛使用寿命再生气应尽可能干燥,否则会影响吸附效率
22、分子筛的选用5A分子筛是钙型硅铝酸盐均匀的孔径约为5X10-7mm,堆密度为700-800kg/m3,比表面积为750800nl2/g,孔隙率为47%,机械强度大于〜95%,对水分的吸附容量约为
21.5%,对二氧化碳的吸附容量为
1.5%,在吸附水分、二氧化碳的同时对乙焕等碳氢化合物有共吸附作用13X分子筛是钠型硅铝酸盐,均匀的孔径约为lOXlOTmm,堆密度为600-700kg/m3,比表面积为800~1000m2/g,孔隙率为50%,机械强度大于90%,对水分的吸附容量约为
28.5%,对二氧化碳的吸附容量为
2.5%,在吸附水分、二氧化碳的同时对乙快等碳氢化合物也具有共吸附作用两种吸附剂相比较,13X分子筛的吸附性能优于5A分子筛但13X分子筛的机械强度及耐磨性稍差,且制造工艺较为复杂,因而价格较高小型制氧机的分子筛纯化器的工作压力较高,正常压力为
1.5〜
2.5MPa,启动压力为
5.OMPa制氧机的运转周期短(36个月),加工〜空气通过分子筛纯化器后要求二氧化碳含量小于5X10-6即可所以,以往中压分子筛纯化器多数选用5A分子筛目前,为延长制氧机的运转周期,也改用13X分子筛作为中压纯化器的吸附剂大型全低压制氧机由于工作压力低(
0.
50.6MPa),分子筛对水分、二〜氧化碳的动吸附容量降低,且大型制氧机的运转周期长(通常为两年),要求空气净化后二氧化碳含量小于1义10-6,为了减少分子筛用量,低压分子筛纯化器全部使用13X分子筛
23、分子筛的吸附分子筛的动吸附一般来讲极性最强的最先被吸附H20CmHnC02分子筛对不饱和分子亲和力强,焕煌〉烯烧〉烷燃吸附过程的进行吸附平衡在一定T、P下,当脱附速度和吸附速度相等时,便达到了吸附平衡即达到饱和吸附过程的进行传质区、平衡区、保护区(空分吸附塔C02出口浓度小于Ippm)转效点当传质区前缘开始达到吸附器出口截面时,流体流出吸附剂层被吸附组分明显增加的点吸附能力的衡量静吸附容量再一定T和被吸附组分浓度下,每单位质量(体积)的吸附剂达到吸附平衡时所能吸附的最大量即吸附剂所能达到的最大吸附量与吸附剂量之比动吸附容量当吸附器后刚出现吸附质时,吸附器内单位质量(体积)吸附剂的平衡吸附量也就是吸附剂达到转效点时的吸附量通常用转效时间来计算,即从流体开始接触到吸附剂层到“转效点”的时间动吸附容量小于静吸附容量的50-70%
24、分子筛纯化器的切换时间是怎样选取的从理论上讲,切换时间最长只能等于分子筛吸附过程的转效时间转效时间的长短是由分子筛对水分及二氧化碳的动吸附容量所确定的影响其动吸附容量的参数有空气带入分子筛纯化器的水分、二氧化碳以及乙快等碳氢化合物的分压力,吸附温度,气体流速等因素当认为分子筛纯化器吸附温度不变,水分、二氧化碳等的分压力不变时,气体流速提高,因水分子及二氧化碳分子与分子筛的接触时间缩短,则动吸附容量将减少,分子筛吸附过程的转效时间将缩短考虑到分子筛老化、切换阀动作时间、充气、放气时间等因素,实际设定的切换时间必定小于转效时间切换时间长,切换阀动作次数少,可延长使用寿命,而且可以减少切换放空的气体损失止匕外,可使空分装置的运行稳定,尤其是还可以提高氤的提取率但是,切换时间长,则纯化器的气体负荷大,分子筛用量增加,纯化器的尺寸要增大,使设备投资增加中、小型空分装置的切换时间一般设定为8h大型空分装置为了缩小纯化器的尺寸,又考虑到分子筛老化后需要定期更换的问题,应尽量减少分子筛的用量因此,采用较短的切换周期切换时间通常设定为
1.
52.Oh〜由于分子筛制造技术的提高,新型分子筛对水分及二氧化碳的吸附容量的增加,所以大型空分装置的分子筛纯化器的切换时间也在延长,长周期的纯化器切换时间已可延长为46h〜
25、吸附的定义答当两相组成一个体系时,其组成在两相界面与相内部是不同的,处在两相界面处的成分产生了集聚(浓缩),这种现象称为吸附,它是由分子间的扩散作用及静电作用等引起的
26、吸附的原理答吸附是利用多孔性固体表面去吸附气体混合物的中的某种组分,使该组分从混合物中分离出来由于固体表面力的作用,固体表面和固体内部性质不同,表面有未饱和的力,任何物质表面都有这种力一分子是引力作用气体分子在不停地做不规则运动,吸附质分子靠近或碰撞吸附剂表面就被表面里所吸引,拉住不放,使他们集聚在吸附剂的内外表面上,这种现象叫吸附
27、使吸附转效时间提前的影响因素答⑴.吸附剂颗粒增大⑵.床层高度降低⑶.流体通过床层的流速增加⑷.原料气中的吸附质浓度提高
28、吸附容量大小的影响因素?答⑴.吸附过程的温度和被吸附组分的分压力(浓度)⑵.气体流速⑶.气体湿度
(4).吸附剂再生完善程度
29、什么是静吸附容量,动吸附容量及转效点,吸附容量与哪些因素有关答静吸附容量是在一定温度和被吸组分浓度一定的情况下,每单位质量(或单位体积)的吸附剂达到吸附平衡时所能吸附物质的最大量,即吸附剂所能达到的最大的吸附量(平衡值)与吸附剂量之比动吸附容量是吸附剂到达“转效点”时的吸附量“转效点”是流体流出吸附剂层时被吸组分浓度明显增加的点
30、再生的定义答为使吸附质从吸附剂表面上解脱出来,从而使吸附剂恢复吸附能力称为解吸或再生
31、再生的原理答再生是利用吸附温度越高,吸附容量越小的特性进行的因为气体温度升高,分子动能增大,吸附剂拉不住吸附质时,吸附质就跑掉了另一方面采用改变相对压力的方式降低其吸附容量,使其再生
32、分子筛吸附器再生步骤答泄压8分钟,加热78分钟,吹冷127分钟,均压25分钟,并联吸附6分钟
33、为什么吸附器再生后要冷吹才能投入使用?答在再生温度下吸附剂实际上已没有再吸附的能力,只有将它冷吹后降至正常工作温度,才能为再次吸附做好准备止匕外,冷吹可以将入口处的热量赶向出口,使出口温度进一步升高,使之进一步再生
34、分子筛再生时为什么出分子筛温度先下降,然后才逐渐升高?答分子筛再生是利用高温解吸的原理,把所吸附的杂质带出分子筛吸附器,在通入热干燥气体进行再生时,气体出口温度先是下降,以后温度才逐渐上升,这是因为解吸过程是吸热过程,将分子筛吸进杂质解吸需要一部分热量,加温干燥气体的热量被吸收,出口温度就降低,随着解吸过程的进行,剩余的需解吸的杂质越来越少,所需要的热量也逐渐减少,因此出口温度又逐渐升高第四章精福
35、什么叫易挥发组分,什么叫难挥发组分?答对每一种液体,在一定温度下总有一部分液体分子会蒸发成蒸气分子,蒸气分子所产生的压力叫蒸气压如果温度不变,蒸发过程最终会达到平衡,蒸气分子的数目不再增加,通常说达到了饱和蒸气压对于同一种液体,每一个温度只对应有一个饱和蒸气压例如氧在100K时对应的饱和蒸气压为
0.259MPa对于不同物质,由于分子间引力的不同,在同样温度下蒸气出来的分子数目也不同,产生的饱和蒸气压也不同例如氮和氨在100K时饱和蒸气压分别为
0.795MPa和
0.344MPao在同一温度下,饱和蒸气压高的物质说明它的分子从液体中蒸发得多,也就是容易挥发反之,则表示难于挥发这里的“难”与“易”是相对而言的,例如,对由氧、氨、氮组成的混合液体,其中每一种成分叫组分氮相对于氧和氮来说,饱和蒸气压高,是易挥发组分,而氤与氮相比是难挥发组分,与氧相比又是易挥发组分对难挥发组分来说,如果要让它达到与易挥发组分有同样的蒸气压,则必须提高它的温度,让它有更多的液体分子蒸发出来饱和蒸气压对应的温度叫饱和温度因此也可以说,在相同的饱和蒸气压下,难挥发组分对应的饱和温度高,易挥发组分对应的饱和温度低
36、为什么单纯用降温、冷凝的方法不能将空气分离为氧、氮?答空气中的氧、氮等气体分子处在混乱的运动状态中,并且相互之间互相吸引,互相影响虽然氧的液化温度比氮的要高,但是,当温度降低到一部分空气开始冷凝成液体时,最初冷凝的不仅仅是氧分子,而且还有一部分氮分子在氧分子的吸引下,同时开始液化,使液体中也有了氮组分,造成液体中的氧纯度降低,不能形成纯液氧同样,在液层上的蒸气中氮分子对氧分子也有吸引,使部分氧分子不能先冷凝成液体,所以蒸气中也不可能是纯氮假设在1标准大气压
0.1013MPa下,将空气冷却到
81.3K,其液相中氧的摩尔成分也只有53%02o由于上述的原因,用单纯降温冷却的方法是不能将空气分离为氧、氮的并且,空气的液化温度也不是恒定的,它是处在纯氧、纯氮的液化温度之间例如,在
0.1013MPa下,纯氧的液化温度为
90.19K,纯氮的液化温度为
77.347K,而空气开始冷凝的温度为
81.81K,全部冷凝时的温度为
78.8Ko
37、为什么对液空用简单加热蒸发的方法不能制取纯液氧?答在将液化空气加热时,虽然氮的沸点低于氧沸点,氮应该是先蒸发但是,由于氮、氧分子的相互影响,在氮分子从液体中蒸发的同时,也伴有氧分子蒸发,只是氮分子的蒸发相对地比氧分子容易而已,即在蒸气中的氮组分要比液体中的氮组分大例如,氮的摩尔成分为
79.1%N2的液空在
0.IMPa下加热蒸发时,开始产生的蒸气中的氮摩尔成分为
93.7%N2,其余为氧当液空蒸发了50%以后,由于有更多的氧也蒸发出来,蒸气中的氮的摩尔成分降为
89.8%N2,液体中氧的摩尔成分为
31.5%
0268.5%N2;当液空蒸发了90%以后,蒸气中氮的摩尔成分为82%N2,液体中氧的摩尔成分为475%02(53%N2)虽然液体中的氧浓度随着蒸气中含氧量增加而提高,但是由于蒸气中氧的摩尔成分最高也只能达到
20.9%02(当液空全部蒸发完时),所以,最后蒸发的液体中氧的摩尔成分最高也只有
51.5%02(
48.5%N2)
38、什么叫精馈?答对两种沸点不同的物质(例如氧与氮)组成的混合液体,在吸收热量而部分蒸发时,易挥发组分氮将较多地蒸发;而混合蒸气在放出热量而部分冷凝时,难挥发组分氧将较多地冷凝如果将温度较高的饱和蒸气与温度较低的饱和液体接触,则蒸气将放出热量给饱和液体蒸气放出热量将部分冷凝,液体将吸收热量而部分蒸发蒸气在部分冷凝时,由于氧冷凝得较多,所以蒸气中的低沸点组分(氮)的浓度有所提高液体在部分蒸发过程中,由于氮较多的蒸发,液体中高沸点组分(氧)的浓度有所提高如果进行了一次部分蒸发和部分冷凝后,氮浓度较高的蒸气及氧浓度较高的液体,再分别与温度不同的液体及蒸气进行接触,再次发生部分冷凝及部分蒸发,使得蒸气中的氮浓度及液体中的氧浓度将进一步提高,这样的过程进行多次,蒸气中的氮浓度越来越高,液体中的氧浓度越来越高,最终达到氧、氮的分离这个过程就叫精储概括地说,精储是利用两种物质的沸点不同,多次地进行混合蒸气的部分冷凝和混合液体的部分蒸发的过程,以达到分离的目的
39、稀有气体在空分塔中是如何分布的?答稀有气体是指氨、氯、氮、氟、次气由于它们的沸点不同,在复热后作为吸附剂再生介质,而塔底液体的加热汽化是由调功柜控制的电加热器完成的整套机组包括液氧贮存汽化系统、甲烷清除系统、分储塔系统、仪电控系统、充装系统、氧压缩机等
2、速氢工艺流程描述如工艺流程图
1.1所示,系统主要工艺过程包括原料气除氢干燥,氮精制(氮的分离和去除、窗的分离和纯化、氮吸附器切换再生),氮精制(氨的分离和纯化、氟吸附器再生),高纯就充装,高纯氮充装等
2.1除氢干燥原料气储存于原料气缓冲罐,在进入就氮精制装置之前需要除氢处理,除氢的方法是采用杷或伯触媒加氧催化,反应温度373423K,反应后的残〜余含氢量小于Ippm除氢后生成的水,用硅胶或分子筛吸附器予以干燥,脱水以后的露点低于218KO
2.2低温分离和纯化除氢干燥后的原料气由笳氮精制装置原料气进口进入速精制冷箱,进入冷箱的压力和流量由原料气膜压机、减压阀、流量调节阀、流量计共同反馈控制
2.
2.1氮的分离和去除冷箱内设计工作压力30bar,进入笳精制冷箱的原料气依次经过换热器HEOK HE
02、HE
03、HE-1进行降温HE-1出口处原料气状态是空气中的含量又相差悬殊,所以各组分汇集在精储塔中的不同部位,分布情况见图62o氯、债的沸点最高在标准大气压下,氯的沸点为-
152.9℃>伍的沸点为-
108.1℃,随加工空气进入下塔后,氟、微均冷凝在下塔液空中再随液空经节流阀进入上塔,逐板下流汇集于上塔底部的液氧及气氧中因此,若想从空分装置提取氨、伍,通常是将产品氧引入氟塔,用精储法制取贫氟、伍原料气氮的沸点-
245.9℃,氢的沸点-
268.9℃相对氮组分要低得多所以,加工空气中的窟、氢组分总和低沸点的氮组分在一起加工空气进入下塔后,窟、氮组分随氮组分一起上升到主冷凝蒸发器的氮侧,气氮被冷凝,而窟、氨由于沸点低,尚不能冷凝,在主冷中成为“不凝性气体”因此,可从主冷氮侧的顶部引出,作为提取窟、氮的原料气氤的沸点为T
85.7C,介于氧、氮沸点之间,且接近于氧进入下塔空气中的氨大部分随液空进入上塔,小部分随液氮进入上塔,在上塔的精储段和提储均有瀛组分的富集区精储段的上部主要是氮、氮分离提储段的下部主要是氧、敏分离
40、提取稀有气体有哪几种基本方法?答提取稀有气体的基本方法主要是利用它们沸点不同和分子的差异但由于它们的含量非常小,往往需要逐步浓缩,分阶段来提纯,即经过粗制和精制两个阶段,因此工序比较复杂止匕外,这些稀有气体的沸点差比氧、氮要大,因而可采用的分离方法也更多一些目前采用的主要方法有1)精储法这是通过多次重复的蒸发和冷凝过程来使组分分离例如在粗氤塔中进行氧、氤分离精氤塔中进行的氨、氮分离氟塔中进行的氧、氟、伍的分离都是精微法的具体应用2)分凝法当稀有气体和杂质的沸点差较大时,可以采用分凝的办法将它们分开例如,可用分凝的方法将氮和就、氢初步分离,得到粗笳氯气3)冷凝冻结法当稀有气体间的沸点差很大时,可用此法将其中高沸点的组分冷凝冻结出来例如,在分离速氢时,由于就在
24.3K时已凝固冻结,而氮的液化温度为
4.178K,所以可用液氢为冷源(它在标准大气压(
0.1013MPa)时的沸点为13K)来实现窟、氮分离4)吸附法利用吸附剂(如分子筛、活性炭等)具有选择性吸附的特性使稀有气体组分分离或者进一步提纯例如粗窟的净化,窟、氮、氯、氤的提纯都可采用此法5)催化反应法利用催化剂使杂质发生化学反应,然后加以净除例如粗鼠加氢,经过催化剂使氧与氢发生化学反应而将氧除去在氟、旅提纯时可通过催化剂去除其中的碳氢化合物应该指出在提取稀有气体时,实际上并不是采取单一的分离方法,往往要几种方法联合起来使用才能得以分离例如氯、氮的提取就同时采用了分凝、吸附、冻结等几种方法
41、1m3的液氧气化成气氧它的体积是多少?(气氧的密度L43kg/m3,液氧密度
1.14kg/L)解:液氧密度
1.14kg/L=1140kg/m31140kg/m34-
1.43kg/m3=797m3答:它的体积是797nl
342、1m3的液氧气化成气氧它的体积是多少?液氧密度
1.14kg/L解液氧密度L14kg/L=1140kg/m3体积二密度分子量Xlkmol体积♦=1140^32X
22.4=798答它的体积是798nl3第五章氧压机
43.主要技术数据1型式立式、二列、二级双作用压缩、气缸无润滑、水冷、撬装式2排气量288m3/h吸入状态,400Nm3/h标准状态3吸入状态介质干燥氧气进气压力
0.06MPa G进气温度40℃4最终压力
0.8MPa G5末端气体排出温度W40C6气缸直径一级中245mm二级
①165mm7活塞行程120mm8转速593r/min⑼旋转方向在供油装置一侧面对曲轴看为逆时针方向10传动方式刚性联轴器与电动机轴直接联接11轴功率37kW12配用电动机:型号YBBP-315S-10型变频电机变频范围1550Hz〜功率45kW电压380V频率50Hz转速593r/min13齿轮油泵电机功率
1.5kW380V,50Hz14冷却水循环量15t/h〜15润滑油量一次装机量60L L-AN68全损耗系统用油GB443〜16压缩机总重量7500kg
44.氧压机简述本机主要由撬装底架、机身、曲轴、连杆、十字头、刮油器、气缸、活塞、活门、密封器、电动机、传动装置、供油装置、冷却器、缓冲器、过滤器、气水管路、阀门和一次仪表等部件组成撬装底架由底架、主机底架和电机底板组焊成形底架主要由H型钢焊接制成主机底架则由钢板经焊接后加工成型机身为整体式,即曲轴箱、中间体均与机身铸成一体,两端轴承盖供安装滚动轴承用曲轴用稀土球墨铸铁制造,二列曲拐差180°,两端套装调心滚子轴承其伸出端装有压缩机带轮,另一端与主油泵联接连杆用稀土球墨铸铁铸成,连杆上端压有铜轴衬下端装有浇注巴氏合金的轴瓦十字头为整体式,用球墨铸铁铸成,其上端用斜销与活塞杆联接,连杆小头通过十字头销与十字头联接两列活塞杆的刮油器结构均相同,它由刮油器体、刮油环和挡油环等组成,其中刮油环用锡青铜制造,挡油环则用填充聚四氟乙烯制成刮油器的作用是防止润滑油随活塞杆运动而被带出曲轴箱压缩机设有机上油泵,外有一套供油装置,并配有外油泵在压缩机启动前应开启外油泵,向压缩机各润滑点注油当压缩机正常运转后,机上油泵工作,外油泵停止运转润滑油在进入各润滑点之前,要通过一个油冷却器在此冷却器润滑油可根据需要进行冷却粗油过滤器过滤网为黄铜丝网,应定期清洗,在拆洗过滤芯时不必将曲轴箱内的油放掉,因为在过滤器的头部有一个止逆阀,过滤芯拿开后,止逆阀自动关闭细油过滤器SQU-A63X10为双筒结构,当压缩机供油压力偏低时,应考虑过滤器堵塞,这时无需停止主机工作,只要切换过滤器手柄,使另一滤筒工作,然后清洗或更换已堵塞滤芯过滤器应定期检查,一般六个月左右清洗一次
一、二级气缸体铸为一体,均内衬30Crl3缸套,有良好的耐腐蚀性气缸头及气缸体均通水冷却活塞均系双作用式,由活塞体、活塞杆、活塞环、导向环、挡油盘组成,二级活塞体和活塞杆为一体锻件活塞体材料为30Crl3导向环和活塞环o均采用填充聚四氟乙烯,具有较好的耐磨性各级进、排气阀门均为网状阀密封器内部填料由4组主密封环、1组漏气密封环组成各组填料均采用填充聚四氟乙烯气体冷却器为立式、管壳式高效冷却器气体走管程,冷却水走壳程各级排气管道均设置安全阀,用于压缩机的超压保护温度约65K的气液混合物HET降温所需的冷量来自于小型GM低温制冷机一级冷量65K的气液混合物在气液分离器VA01中被分成两个部分
①溶解有少量速氢气的液氮
②含有少量氮气的粗氮氮气溶解有少量速氮气的液氮经过低温阀减压进入气液分离器VA02,释放出的笳氨气返回至除氢装置出口处缓冲罐,作为原料气再次进入冷箱,分离后的液氮排放至HE02所处液氮杜瓦,作为液氮进行补充含有少量氮气的粗氮氯气进入氮吸附器RA01或RA02,吸附器直接浸泡在液氮中,利用液氮所提供的冷量对氮吸附器进行降温并提供抵消吸附热所需冷量,在氮吸附器出口获得含有约78K的高纯就氮气
2.
2.2窟的分离和纯化纯氮氮气进入换热器HE04和HE05,HE05出口处就氮的状态是温度约35K的气液混合物此时,高纯就氢气中的部分氯气已被液化35K的气液混合物进入二级冷头换热器HE-2,氮组分进一步被液化,HE-2出口处颊氮状态是温度约25K的气液混合物HE-2降温所需的冷量来自于小型GM低温制冷机二级冷头25K的气液混合物在气液分离器VA03中被分成两个部分
①溶解有少量氮气的液就
②含有少量笳气的粗氮气经气液分离后的含少量氮气的粗就氮气复温后回至就氮循环膜压机CP02入口前缓冲罐BF03o溶解有少量氮气的液速经过节流阀减压后进入速精微塔VA04进行精储精储后的微量笳氨气复温后返回至除氢装置出口处缓冲罐,纯液氮回流预冷HE05和HE04并复温后通过就充装膜压机CP03进行充装,获得产品气高纯氟
099.9995%o若窗气纯度检验不合格,则回至除氢装置出口处缓冲罐再次纯化
2.
2.3氮的分离和纯化含有少量氯气的粗氢气通过就氮循环膜压机CP02增压至lObar进入氮精制系统,通过换热器HE06预冷,再经过浸泡于液氮中的换热器HE07及笳吸附器RA03,利用低温吸附的方法将部分笳气吸附,处理后的氨气依次经过HE
08、HE-
3、HE
09、HE-4降温至10K,在换热器中将氮气固化,获得高纯氮
099.9995%,之后通过氮充装膜压机CP04进行充装
2.3氮吸附器切换再生就精制系统设置两个氮吸附器RA01和RA02,正常运行时使用其中一个吸附器,当吸附达到饱和,通过低温阀的启闭,切换至另一个吸附器此时,饱和吸附器经过泄压、杜瓦液氮排放、热氮气吹扫、抽空、高纯氮置换等过程进行再生,再生完毕后重新充注液氮浸泡,做下次切换之用
2.4发吸附器再生当氯吸附器RA03达到饱和时,关闭进气阀门,就氮循环膜压机CP02将就氯气打入钢瓶组,饱和吸附器经过泄压、抽空、高纯氮置换等过程进行再生,再生完毕后重新打开进气阀门,引入充装至钢瓶组的氮氯气,进行氨气纯化
2.5工艺特征速氢精制装置主要采用小型低温制冷机和液氮做为装置的冷源,在满足系统冷量需求的基础上,小型低温制冷机的最低温度可以达到液氯温区,更低的温度将会使得气体的纯度更高,并使整个精制流程可以使用低压流程(正常情况下均采用超高压流程),大大降低了装置的安全性在初投资、维护成本及耗功上,小型低温制冷机做冷源相比传统的高压分离纯化方式有着无可比拟的优势流程中涉及的氮氧吸附器,采用两套并联布置并浸泡在液氮中,可方便吸附饱和后进行切换和再生,同时回收泄压气体,该方式不仅提高了原料气的利用率,还可使装置保持连续运行,适合于大规模的工业生产在系统启动、自动运行及停运过程中,设置有一套安全联锁系统,明确了允许单元启动的条件及后续需要采取的动作,通过系统温度、压力、液位、流量、设备状态等反馈,使得阀门或设备立即开闭和启停,进行一系列的联锁保护,从而避免事故的发生第二章基本常识
3、空气分离有哪几种方法?答:空气中的主要成分是氧和氮,它们分别以分子状态存在分子是保持它原有性质的最小颗粒,直径的数量级在10-8cm,而分子的数目非常多,并巨不停地在作无规则运动,因此,空气中的氧、氮等分子是均匀地相互搀混在,起的,要将它们分离开是较困难的目前主要有3种分离方法
(1)低温法先将空气通过压缩、膨胀降温.直至空气液化,再利用氧、氮的气化温度(沸点)不同(在气压力下,氧的沸点为90K,氮的沸点为77K).沸点低的氮相对于氧要容易气化这个特性,在精福塔内让温度较高的蒸气与温度较低的液体不断相互接触,液体中的氮较多地蒸发,气体中的氧较多地冷凝.使上升蒸气中的含氮量不断提高,下流液体中的含氧量不断增大,以此实现将空气分离要将空气液化,需将空气冷却到100K以下的温度,这种制冷叫深度冷冻;而利用沸点差将液空分离的过程叫精微过程.低温法实现空气分离是深冷与精储的组合,是目前应用最为)一泛的空气分离方法⑵吸附法它是让空气通过充填有某种多孔性物质一分于筛的吸附塔,利用分子筛对不同的分子具有选择性吸附的特点,有的分子筛(如5A,I3X等)对氮具有较强的吸附性能,让氧分子通过,因而可得到纯度较高的氧气;有的分子筛(碳分子筛等)对氧具有较强的吸附性能,让氮分子通过,因而可得到纯度较高的氮气由于吸附剂的吸附容量有限、当吸附某种分子达到饱和时,就没有继续吸附的能力,需要将被吸附的物质驱赶掉,才能恢复吸附的能力这一过程叫“再生”因此,为了保证连续供气,需要有两个以上的吸附塔交替使用再生的方法可采用加热提高温度的方法(TSA),或降低压力的方法((PSA)这种方法流程简单,操作方便,运行成本较低,但要获得高纯度的产品较为因难,产品氧纯度在93%左右并且,它只适宜于容量不太大〔小于4000m3/h的分离装置3膜分离法它是利用一些有机聚合膜的渗透选择性,当空气通过薄膜
0.1um或中空纤维膜时,氧气的穿透过薄膜的速度约为氮的4一5倍,从而实现氧、氮的分离这种方法装置简单,操作方便,启动快,投资少,但富氧浓度一般适宜在28—3s肠,规模也只宜中、小型,所以只适用于富氧燃烧和庆疗保健等方面目前在玻璃窑炉巾已得到实际应用o
4、空气中含有哪些稀有气体,它们有何用途?答:空气中除氧、氮、氢外,还含有极少量的窟、氮,氯、氤等稀有气体按体积分数计,笳约占15Xly618X10-6,氢占里6X10-
65.3X10-6,就〜〜只有
1.08X10伍占o.08Xlr,俗称,,黄金气体,,由于它们的含量很少,提取的工艺复杂,只有在容量大10000ni3/h的制氧机上才能考虑是否配置提取装置氯、氮的液化温度很低,在常压下笳的液化温度为
27.26K,氯为
4.21Ka就具有很大的惰性,液就作为低温实验室的冷却剂十分安全在液氮温度下,导体将失去电阻,电流通过时无损失,形成“超导电性”,可制成超导电机因此,随着超低温技术的发展,液氨将起到越来越重要的作用氢具有很大的惰性,在冶炼特种稀有金属钛、错以及半导体硅、错等时,要用氮作保护气对熔点高、厚度大的高级合金的焊接与切割.。