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1、全低压分子筛流程该流程又称为吸附净化流程。l利用分子筛净化空气。l随着分子筛吸附剂的开发和完善，以及吸附工艺的改善，特别是吸附剂的共吸附特性，使吸附剂同时可以清除空气中的H2O，CO2，C2H2，CnHm大大简化了空气净化和空分的流程。第一节 概述l一.基本知识l1.物态(固,液,气)l2.基本状态参数(温度,压力,比容与相对密度)l3.空气的组成及性质1.物态l人们日常接触到的东西，不外是三种状态：固态、液态、气态（在常温下）。状态也称为“相”，固态、液态和气态也可分别称为固相、液相和气相。l一般来说，物质都能以气态、液态或固态的形式存在，并在一定的条件下可以互相转化。例如水，平常见到的是液
2、态；当气温低时，会结成冰，成为固态，水加热以后又可变为水蒸气。再如氧气，人们平常接触到的是气态，如果在标准大气压下将氧气冷却到-182.8，就变成液态氧，如果再将液态氧进一步冷却到-218.4，就会凝成固体。像上面所述物质从一种聚集状态变为另一种聚集状态的现象称为状态变化或相变。l在空气分离制氧过程中就可以看到好几种物质以不同的状态出现，例如空气、氧、氮都会以气态或液态出现，二氧化碳会以气态或固态出现，空气中的水汽会以气态、液态或固态出现等。l在制氧过程中可以看到好几种物质以不同的状态出现。l例：空气.氧.氮都会以气态或液态出现。l二氧化碳会以气态或固态出现。l空气中的水汽会以气态，液态或固态
3、出现。 2.基本状态参数l在空分装置中经常用温度、压力、比容（或相对密度）等来说明物质的状态，这些可以用来说明气体状态的物理量就叫做状态参数，以上三种状态参数是最常用的，所以也称为基本状态参数。l（1）温度温度是空分装置运转情况的重要参数之一。用温度的高低来表示物体的冷热程度，由它可以知道空气在空分装置各部位被冷却的状态。（1）温度l温度是空分装置运转情况的重要参数之一。用温度的高低来表示物体的冷热程度，由它可以知道空气装置各部位被冷却的状态。l摄氏温度是以标准大气压下冰的熔点作为0度，水的沸点为100度，在0度与100度之间等分一百份，每一等份称为1度，用表示。低于冰点的温度用负值表示。在空
4、分生产中常接触到用负值表示介质的温度状态。在热力学中经常采用“绝对温度”来表示气体温度的高低。绝对温度中每一度的大小与摄氏温度完全一样，只是起点不同。它以-273作为温度的零度，叫做绝对零度。这种状态实际上是达不到的，因此，用绝对温度表示的温度没有负值。在工程计算中常用绝对温度，用K表示，它与摄氏温度的关系如下。 T=273 +t K t=T-273 （2）压力l（2）压力（或压强）单位面积上的作用力叫“压力”，也称为压强。常用符号P来表示。如果用P表示压强，以A表示受力面积，F表示垂直作用力。则压强P为lP=F/A由式可见，压强的大小是由压力和面积单位决定的，如果压力单位是牛顿N，面积单位是
5、平方米m2 ，那么压强的单位是N/m2，这是国际单位制中的压强单位，称为帕斯卡，简称帕，用符号Pa表示。l1工程大气压=1kgf/cm2=10000kgf/m2l1kgf/cm2=98.1kPa=735.6(mmHg)=10(mH2O)l1atm=101.3kPa=10336kgf/m2l1工程大气压=98.1KPa=0.0981MPa绝压，表压，真空度间的关系工程上常用绝对大气压、表压和真空度来表示物质的状态，其关系如下：P绝对P大气+P表P绝对P大气-P真空（3）比容与相对密度l （3 ）比容单位质量的气体所占的容积叫比容，用符号u表示，单位是米3/公斤（m3/kg）。设G公斤气体的容积为
6、V米3，则该气体的比容为luV/G米3/公斤（m3/kg)l单位体积气体的质量称为气体的密度，用P表示。即l P G/V 公斤/米3（kg/m3)l 根据以上关系可知比容与密度互为倒数。密度越大，比容越小。l固体或液体的比容（或密度）对一定物质来说，基本上是一的，这是因为压力和温度对固体或液体的体积的变化影响不大，但对气体来说，却随温度和压力而变化，且比容（或密度）的变化要吧是很大的。对一定的气体，在一实际上的压力P和温度T下，l就有一确定的比容。也就是说，这三个状态参数之间存在着一定的关系，只要知道这三个参数中的任意两个，就可以通过一定的关系或（状态方程式）求出第三个状态参数。3.空气的组成
7、及其性质l（1）空气的组成空气主要是由氧和氮组成，在气体状态，它们均匀地混合在一起。空气中还含有氩、氖、氦、氪、氙、氡等气体。这些气体化学性质稳定，在空气中含量甚少，在自然界不易得（1）空气的组成l到，所以称为稀有气体。同时空气中还含有甲烷及其他碳氢化合物、氢、臭氧、二氧化碳、水蒸气及灰尘等。在地球表面，干燥空气的组成列于表3-1中。l若不考虑水蒸气、二氧化碳和各种碳氢化合物，则地面至100km高度的空气的平均组成保持恒定值。在25km高空臭氧的含量有所增加。在更高的高空，空气的组成随高度而变，且明显地同每天的时间及太阳活动有关。但是，空气组成的局部分布是不一致的，即使在海平面上也有不同，各个
8、工业区空气的成分和杂质会计师也各不相同。l空分生产中对空气的质量要求如下：CO2 724mL/L、CO1mL/L、CH410mL/L、C2H21mL/L、 CnHm25mL/L、SO20.1mg/m3(标）、NO1mg/m3(标)、H2S 0.1mg/m3（标）、Cl20.1mg/m3（标）、H21mL/L、NH3 4mL/L小链接l 臭氧是大气中的微量气体之一，其主要浓集在平流层中20-25千米的高空，即大气的臭氧层。l臭氧层对保护地球上的生命界以及调节地球的气候都具有极为重要的作用。l然而，近些年来，由于在平流层内运行的飞行器日益增多，人类活动产生的一些痕量气体如NOx和氯氟烃等进入平流层
9、，使臭氧层遭到破坏，以至于在南极上空出现了“臭氧空气洞”。 小链接l臭氧浓度降低，臭氧层的破坏，将对地球生命系统产生极大的危害。l首先，由于臭氧层的破坏，大量紫外光辐射将到达地面而危害人体健康。l有人估计，如臭氧层中O3浓度减少1%，则地面紫外光辐射将增加2%，导致皮肤癌发病率增加2%-5%。l此外，还会使白内障发病率增高，以及对人体免疫系统功能产生抑制作用。紫外光辐射增大，也会对动、植物产生影响，而危及生态平衡。臭氧层破坏还将导致地球气候出现异常，由此带来灾害。 （ 2）空气及其各组分的性质l空气的性质。 常温下的空气是无色无味的气体，液态空气则是一种易流动的浅蓝色液体。当空气温度降到液化温
10、度逐渐液化l时，它的性质已由量变发展到质变，与气体状态时有很大差别，在空分装置中要遇到这种质变，因此对其要有所了解。l空气作为混合气体，在定压下冷凝温度要连续降低。如在标准大气压（101.3KPa）下，空气于81.7K（露点）开始冷凝，温度降低到78.9K（泡点）时全部转变为饱和液体。这是由于高沸点组分（氧）开始冷凝较多，而低沸点组分（氮）到过程终了，才会较多地冷凝下来。氧和氮的性质l 氮是一种无色无味的气体，标准状态下的密度为1.25Kgm3，比空气稍轻，难溶于水。氮的化学性质不活泼，在通常情况下很难跟其他元素化合，故可以用作保护气体，在高温下，氮能够同氢、氧及某些金属发生化学反应，其沸点比
11、空气低，所以液氮是低温研究中最常用的安全冷却剂，但要当心窒息，液氮的蒸发温度为77.36K。在标准大气压下，液氮冷却到63.2K时转变成无色透明的结晶体。l氧是一种无色无味的气体，标准状态下和密度是1.43Kgm3，比空气略重。氧较难溶解于水。氧的化学性质非常活泼，它能跟很多物质（单质和化合物）发生化学反应，同时放出热量；反应剧烈时还会燃烧发光。l在标准大气压下，氧在90.188K时变为易流动的淡蓝色液体；在54.4K时凝固成淡蓝色的固体结晶。l可燃气体（乙炔、氢、甲烷等），可与氧按一定比例混合而形成爆炸性混合物。氧还具有感磁性，也就是说，氧分子在磁力的作用下可带磁性，并可被磁极所吸引，氧的这
12、一特性已被利用来制作氧磁性分析仪，根据磁化率的变化可以测出抗磁性气体混合物中含微量氧的浓度。 气体的性质及其规律l在生产中经常可以看到这种现象，空分装置在夏天气温较高时，或在高原地区气压较低时，空压机的气量将减少，造成空分装置的压力降低。当往一恒定容积的贮气罐内充气时，罐内压力会升高，在试压时，虽然没有漏气，由于温度的变化，也会引起压力的改变，这些现象说明，气体的压力p、温度T、体积V和质时G之间存在着一定的关系。这一关系称为气体的基本定律。（记忆）空气N2O2Arl理想气体状态方程式l P V= n R Tln=1lR=1x22.4/273.15l=0.82L atm/K mollR=1.0
13、133x105x22.4x105/273.15Kx1moll=8.314J/K moll.理想气体状态方程式是在温度不太低（与室温相比），压力不太高（与大气压力相比）时，由实验得到的。l如果气体的压力很高，温度很低（接近气体液化时的温度），如真实气体就不遵守这此定律。在使用该方程式时则需校正。蒸气的性质l任何气体当提高压力，降低温度时均可变为液态。l通常把接近于液态的气体称为蒸气，最常见的是水蒸气。蒸气冷凝和液体蒸发l蒸气冷凝（或称液化）和液体蒸发（或称汽化）过程是两个相反的过程，它们的共同特点是液化和汽化均需在某一温度下才发生，这个温度称为“液化温度”或“汽化温度”，也称“沸点温度”，它是物
14、质由量变到质变的转折点。l当温度低于该温度时，物质以液态存在；高于该温度时，以气态存在。对液体和气体来说，当被加热或冷却时，温度随之发生变化，而在蒸气达到液化温度产生第一滴液体开始，一直到全部变成液体时为l止（叫液化阶段），整个阶段温度维持不变。因此，液化温度也叫饱和温度。温度刚达到液化温度尚未开始液化的蒸气叫“干饱和蒸气”，产生部分液体时的蒸气叫“湿饱和蒸气”；全部变成液体而温度仍维持饱和温度的液体叫“饱和液体”。温度低于饱和温度的液体叫“过饱和液体”或“过冷液体”；温度高于饱和温度的蒸气叫“过热蒸气”。沸点温度，气化温度，液化温度，饱和温度l干饱和蒸气-湿饱和蒸气l饱和液体过饱和液体过冷液
15、体l过热蒸气l 对于不同的物质，它们的液化温度是不同的。液化温度低的物质易挥发，液化温度高的难挥发。对同一种物质，在不同的压力下，对应的饱和温度也不同。压力越高，饱和温度也越高。即压力越高蒸气越容易液化。在同样压力下，氮的饱和温度比氧低，这表示氮比氧容易汽化。l压力增加使饱和温度提高并不是无止境的，当温度超过某一值，即使再提高压力也无法使气体液化，只有温度低于该值时，液化才有可能。这个温度叫“临界温度”。相应于临界温度下的液化压力叫“临界压力”。对一定的物质，临界温度与临界压力有确定的数值，见表3-2。l 由表3-2可见，要使空气液化，只有将空气冷却到它的临界温度-140.7以下才可能。在临界温度时，只有把空气压缩到临界压力（3.84MPa)或高于此压力时才有可能液化。l 在临界状态下饱和液体与饱和蒸汽已没有区别，汽化或液化不再分阶段，因此，相应于临界温度与临界压力的点叫“临界点”。l临界压力，临界温度，临界点l任何气体当提高压力，降低温度时均
