深冷空分基本知识

深冷空分基本知识深冷空分基础知识1、露点（Dewpoint），又称露点温度（Dewpointtemperature），在气象学中是指在固定气压之下，空气中所含的气态水达到饱和而凝结成液态水所需要降至的温度。在这温度时，凝结的水飘浮在空中称为雾、而沾在固体表面上时则称为露，因而得名露点。2、饱和温度和饱和压力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”。3、临界温度和临界压力临界温度就是某种气体能压缩成液体地最高温度，高于这个温度，无论多大压力都不能使它液化。这个温度对应地压力就是临界压力。1869年Andrews首先发现临界现象.任何一种物质都存在三种相态----气相、液相、固相。三相呈平衡态共存的点叫三相点。液、气两相呈平衡状态的点叫临界点。在临界点时的温度和压力称为临界温度和临界压力。不同的物质其临界点所要求的压力和温度各不相同。定义或解释①物质处于临界状态时的温度。②物质以液态形式出现的最高温度。③温度不超过某一数值，对气体进行加压，可以使气体液化，而在该温度以上，无论加多大压力都不能使气体液化，这个温度叫该气体的临界温度。在临界温度下，使气体液化所必须的最小压力叫临界压力。简单定义使物质由气相变为液相的最高温度叫临界温度。说明①每种物质都有一个特定的温度，在这个温度以上，无论怎样增大压强，气态物质不会液化，这个温度就是临界温度。降温加压，是使气体液化的条件。但只加压，不一定能使气体液化，应视当时气体是否在临界温度以下。因此要使物质液化；首先要设法达到它自身的临界温度。水的临界温度为374℃，远比常温度要高，因此，平常水蒸汽极易冷却成水，有些物质如氨、二氧化碳等，它们的临界温度高于或接近室温，对这样的物质在常温下很容易压缩成液体。有些物质如氧、氮、氢、氦等的临界温度很低，其中氦气的临界温度为一268℃。要使这些气体液化，必须相应的要有一定的低温技术，以使能达到它们各自的临界温度，然后再用增大压强的方法使它液化。②通常把在临界温度以上的气态物质叫做气体，把在临界温度以下的气态物质叫做汽体。氧氮氩的临界温度临界压力表物质名称空气氧气氮气氩气水二氧化碳氨临界温度/℃-140.65-140.75-118.40-146.90-122.4℃-374.1531.00132.4临界压力/MPa3.868-3.8765.0793.3944.86422.5657.53011.58

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3.0MPa)，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6.0MPa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。4.显热与潜热显热：对固态、液态或气态的物质加热，只要它的形态不变，则热量加进去后，物质的温度就升高，加进热量的多少在温度上能显示出来，即不改变物质的形态而引起其温度变化的热量称为显热。潜热：潜热是物质发生相变过程吸收或放出的热量。比如对液态的水加热，水的温度升高，当达到沸点时，虽然热量不断的加入，但水的温度不升高，一直停留在沸点，加进的热量仅使水变成水蒸气，即由液态变为气态。这种不改变物质的温度而引起物态变化(又称相变)的热量称为潜热。1Kg液体完全变为同温度下的饱和蒸气所吸收的热量，称为该温度下的汽化潜热，用符号r表示，单位kJ/kg。两个概念：显热是物质不发生相变（固、液、气转变）吸收或放出热量潜热是物质发生相变过程吸收或放出的热量。如1mol水（100℃）蒸发成1mol水蒸汽（100℃）需要吸收40.62kj的热量，这部分热量就是潜热；而1mol60℃水升温至100℃（无水蒸汽生成）需要吸收的热量（约3.014kj）就是显热。5、饱和蒸汽、干饱和蒸汽、过热蒸汽当液体在有限的密闭空间中蒸发时，液体分子通过液面进入上面空间，成为蒸汽分子。由于蒸汽分子处于紊乱的热运动之中，它们相互碰撞，并和容器壁以及液面发生碰撞，在和液面碰撞时，有的分子则被液体分子所吸引，而重新返回液体中成为液体分子。开始蒸发时，进入空间的分子数目多于返回液体中分子的数目，随着蒸发的继续进行，空间蒸汽分子的密度不断增大，因而返回液体中的分子数目也增多。当单位时间内进入空间的分子数目与返回液体中的分子数目相等时，则蒸发与凝结处于动平衡状态，这时虽然蒸发和凝结仍在进行，但空间中蒸汽分子的密度不再增大，此时的状态称为饱和状态。在饱和状态下的液体称为饱和液体，其对应的蒸汽是饱和蒸汽，但最初只是湿饱和蒸汽，待蒸汽中的水分完全蒸发后才是干饱和蒸汽。蒸汽从不饱和到湿饱和再到干饱和的过程温度是不增加的，干饱和之后继续加热则温度会上升，成为过热蒸汽。6、何为饱和蒸汽压？

答：在一定的温度下，与同种物质的液态（或固态）处于平衡状态的蒸汽所产生的压强叫饱和蒸汽压，它随温度的升高而增加。众所周知，放在杯子里的水，会因不断蒸发变得愈来愈少。如果把纯水放在一个密闭容器里，并抽走上方的空气，当水不断蒸发时，水面上方气相的压力，即水的蒸汽所具有的压力就不断增加。但是，当温度一定时，气相压力最中将稳定在一个固定的数值上，这时的压力称为热力学中表示物质系统能量的一个状态函数，常用符号H表示。数值上等于系统的内能U加上压强p和体积V的乘积，即H=U+pV。焓的变化是系统在等压可逆过程中所吸收的热量的度量。焓的物理意义可以理解为恒压和只做体积功的特殊条件下，Q=ΔH，即反应的热量变化。因为只有在此条件下，焓才表现出它的特性。例如恒压下对物质加热，则物质吸热后温度升高，ΔH>0，所以物质在高温时的焓大于它在低温时的焓。又如对于恒压下的放热化学反应，ΔH<0，所以生成物的焓小于反应物的焓。

关于焓的几点说明：

①

是状态函数，广度性质；

②

绝对值无法求；

③

虽然具有能量的单位，但焓不是能量，也不遵守能量守恒定律，隔离体系中焓值不一定守恒；

④

U有明确的物理意义，而焓则无明确的物理意义,它只是为了解决实际问题的方便而定义的一个物理量。

20、熵的定义熵在热力学中是表征物质状态的参量之一，通常用符号S表示。在经典热力学中，可用增量定义为dS＝(dQ/T)，式中T为物质的热力学温度；dQ为熵增过程中加入物质的热量。下标“可逆”表示加热过程所引起的变化过程是可逆的。若过程是不可逆的，则dS＞(dQ/T)不可逆。从微观上说，熵是组成系统的大量微观粒子无序度的量度，系统越无序、越混乱，熵就越大。热力学过程不可逆性的微观本质和统计意义就是系统从有序趋于无序，从概率较小的状态趋于概率较大的状态。单位质量物质的熵称为比熵，记为s。熵最初是根据热力学第二定律引出的一个反映自发过程不可逆性的物质状态参量。热力学第二定律是根据大量观察结果总结出来的规律，有下述表述方式：①热量总是从高温物体传到低温物体，不可能作相反的传递而不引起其他的变化；②功可以全部转化为热，但任何热机不能全部地、连续不断地把所接受的热量转变为功,而不产生其他任何影响（即无法制造第二类永动机）；③在孤立系统中，实际发生的过程总使整个系统的熵值增大，此即熵增原理。摩擦使一部分机械能不可逆地转变为热，使熵增加。热量dQ由高温(T1)物体传至低温(T2)物体，高温物体的熵减少dS1=dQ/T1，低温物体的熵增加dS2=dQ/T2，把两个物体合起来当成一个系统来看，熵的变化是dS＝dS2+dS1＞0，即熵是增加的。21、绝热节流过程

节流是高压流体气体、液体或气液混合物)在稳定流动中，遇到缩口或调节阀门等阻力元件时由于局部阻力产生，压力显著下降的过程。节流膨胀过程由于没有外功输出，而且工程上节流过程进行得很快，流体与外界的热交换量可忽略，近似作为绝热过程来处理。根据稳定流动能量方程:

δq=dh+δw（2.1）

得出绝热节流前后流体的比焓值不变，由于节流时流体内部存在摩擦阻力损耗，所以它是一个典型的不可逆过程，节流后的熵必定增大。绝热节流后，流体的温度如何变化对不同特性的流体而言是不同的。对于任何处于气液两相区的单一物质，节流后温度总是降低的。这是由于在两相区饱和温度和饱和压力是一一对应的，饱和温度随压力的降低而降低。对于理想气体，焓是温度的单值函数，所以绝热节流后焓值不变，温度也不变。对于实际气体，焓是温度和压力的函数，经过绝热节流后，温度降低、升高和不变3种情况都可能出现。这一温度变化现象称为焦耳-汤姆逊效应，简称J-T效应。从物理实质出发，可以用气体节流过程中的能量转化关系来解释着三种情况的出现，由于节流前后气体的焓值不变，所以节流前后内能的变化等于进出推动功的差值：

u2-u1=p1v1-p2v2

气体的内能包括内动能和内位能两部分，而气体温度是降低、升高、还是不变，仅取决于气体内动能是减小、增大、还是不变。因气体节流后压力总是降低，比容增大，其内位能总是增大的。由于实际气体与玻义耳定律存在偏差，在某个温度下节流后，pv值的变化可能有以下3种情况:

①p1v1<p2v2时u2<u1即节流后内能减小。由于内位能总是增大的，所以内动能必定减小，那么节流后气体温度降低。

②p1v1=p2v2时u2=u1即节流后内能不变。此时，内位能的增加等于内动能的减少，节流后气体温度仍然降低。

③p1v1>p2v2时u2>u1即节流后内能增大。此时，若内能的增加小于内位能的增加，则内动能是减小的，温度仍是降低;若内能的增加大于内位能的增加，则内动能必然要增大，温度要上升。

22、气体膨胀制冷是利用高压气体的绝热膨胀来达到低温，并利用膨胀后的气体在低压下的复热过程来制冷的，由于气体绝热膨胀的设备不同，一般有两种方式:一种是将高压气体经膨胀机膨胀，有外功输出，因而气体的温降大，复热时制冷量也大，但膨胀机结构比较复杂，另一种方式是令气体经节流阀膨胀，无外功输出，气体的温降小，制冷量也小，但节流阀的结构比较简单，便于进行气体流量的调节。23、气体的等熵膨胀

高压气体等熵膨胀时向外输出机械功，这样消耗了大量气体内能（焓值减小）。另外，还由于膨胀时，气体体积增大，分子距离也要增大，但是分子间有吸引力，为了克服分子间的吸引力而又要消耗气体分子的一些动能（动能减小）。这样气体分子的内能和动能在等熵膨胀时大量消耗，从而降低了气体温度。所以等熵膨胀后，气体温度总是下降的。24、节流效应制冷量与哪些因素有关?

答：节流效应制冷量首先是与节流前后的压差有关，其次与进装置的温度有关。一般说来，节流前后的压差越大，节流温降也越大，所具有的吸收热量的能力也越大，即节流效应制冷量越大。节流后排出装置的压力是接近于大气压力，变化的范围有限。因此，节流压降的大小主要取决于压缩机压缩后的压力。当排出装置的气体压力为0.1MPa，进装置的空气温度为30℃时，不同的进装置压力下的节流效应制冷量如表12所示：