空分电子稿

临界压力，临界温度，临界点 任何气体当提高压力，降低温度时均可 变为液态。

汽化潜热 冷凝潜热

蒸气液化或液体汽化阶段的另一特点是， 该阶段温度虽然维持不变。但必须放出 热量或吸收热量才能使其发生变化。这 个热量叫做“潜热”。1kg饱和液体全部 汽化成干饱和蒸气所需的热量叫“汽化 潜热”，单位为J/kg。1kg干饱和蒸气液 化成饱和液体所放出的热叫“冷凝潜 热”，二者的数值相等。
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 ℃
在制氧过程中可以看到好几种物质以不 同的状态出现。 例：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。

2.基本状态参数
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。 （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。

④蒸气的性质
任何气体当提高压力，降低温度时均可 变为液态。 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

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”， 它是物质由量变到质变的转折点。
（2）压力
（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 P=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。
1.物态

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。

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
（3）比容与相对密度
（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 V米3，则该气体的比容为 u＝V/G米3/公斤（m3/kg)


单位体积气体的质量称为气体的密度， 用ρ表示。即


ρ ＝G/V 公斤/米3（kg/m3)

③ 气体的性质及其规律

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。

汽化潜热的大小与物质的种类及压力有 关。压力越高，汽化潜热越小。在临界 压力下，干饱和蒸气与饱和液体已没有 区别，其汽化潜热等于零。蒸气的性质 比较复杂，不能简单地由状态方程式来 表示压力、温度等参数之间的关系。而 需将各种物质的状态参数之

（ 2）空气及其各组分的性质

①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度 逐渐液化

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。
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。

氧是一种无色无味的气体，标准状态下 和密度是1.43Kg\m3，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。
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。 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。
（记忆）空气N2 O2 Ar

理想气体状态方程式


P V= n R T
n=1 R=1x22.4/273.15 =0.82L • atm/K • mol R=1.0133x105x22.4x105/273.15Kx1mol =8.314J/K • mol
.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。 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。

（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，由它可以知道空气装置各部位被冷 却的状态。

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。 在空分生产中常接触到用负值表示介质 的温度状态。
1工程大气压=1kgf/cm2=10000kgf/m2 1kgf/cm2=98.1kPa=735.6(mmHg)=10(mH2 O) 1atm=101.3kPa=10336kgf/m2 1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
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。

固体或液体的比容（或密度）对一定物 质来说，基本上是一致的，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，
第一章 空气的液化与分离

采用shell气化技术, 设有空气液化与分离 装置.不仅为气化提供所需要的氧气,还可 用于系统置换和仪表保护等方面.

其具体方法是：先把空气液化,然后根据 各组分沸点不同,在精馏塔内进行多次的 部分冷凝和部分汽化,最终使空气分离成 氧和氮氩.
因此,空分是与气体液化技术密切相关的. 空气的液化需要低温，所以空分技术也 是低温制冷技术。 目前空分采用的工艺方法是: 全低压分子筛流程

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.空气的组成及其性质
（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， 在自然界不易得到，所以称为稀有气体。

空分生产中对空气的质量要求如下： CO2≤ 724mL/L、 CO<1mL/L、 CH4<10mL/L、 C2H2<1mL/L、 CnHm<25mL/L、 SO2<0.1mg/m3(标）、 NO<1mg/m3(标)、H2S ≤0.1mg/m3（标）、 Cl2<0.1mg/m3（标）、H2<1mL/L、 NH3 ≤ 4mL/L

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。

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。

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。
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。 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”。②氧和氮的性质
氮是一种无色无味的气体，标准状态 下的密度为1.25Kg\m3，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。