H_2O和CO_2饱和蒸汽压曲线在空分计算中的使用.pdf

u 第j级出塔液量 V j 离开 第j级至蜷弃j一 1 级去的气 量 离开 第 j级的液 j流之 组成 离开第j级的气流之组成 Y 组分i的 活度系数 参考文献 1 深冷简报 1 97呼年第全期 P 坤 2 G M W IIso p M silr e rbergo AN D M G Z elln e y Inter atio a lA d ra n ces INC ry馆en icE ng ine梦i红g V ol 10 1965 p 1 2 3 A H arme ns Cr仰 nies伙 z 70 年 V ol 10 沁 5 p 斗06 们R E L a t i m e r A 1 C h E J o盯n al v o l 3 沁1 1 9介 P 7弓 弓 J C W a ng 物dr o 户 ro V ol Aog 1966 沁 8P 1弓 电译本见上海化学 工业设计院 石油化工设计参考资料 7 3一3 P 牛0 6 杭州制氧机厂 氮丁氧混合物 T 一卜p一x一Y 图 7 化工设计技术 情报电心站 化工 单元 操作设计参考资料 二入燕馏 19 6 8 P 界 一九 七 四年十一 月 H ZO 租 C 0 2 饱和蒸 汽压曲 线 在空分计算 中的使用 杭州制衷机研究所卢明章 H O或CO 在空气中的 含量不 是任意的 在一定 温度和一定压力下 H O或CO 在空气 中的最 大含鼠叫饱和含量 当H O或CO 在空气 中的含量为饱和含量时 其 分压 称为饱和 蒸 汽压 H O或CO 在空气 或空气的组成气体如仇 N 等 中 的饱和含量与 温度和压 力有 关 系 在一定的温度和压力下 空气中的H O或CO 饱和含量是一定的 在压 力一定 时 随着温度的降低 空气中的 氏O 或C O犷 的 饱和含量就会相应地 减少 如原来空气 中的H O或CO 含量是不饱和的 随着 温度的降低就会变成饱和的 温度再降 低就会变成过饱和的 过饱和部分就会析l 一匕 来 当空气通过 蓄冷器 时 被析出 来 的 H O或 CO 过饱和部 分 就冻结在填料上 以达到清除空气中H O和C氏的目的 相反 随 着温度的升高 气体中H O或CO 的饱 和 含量就会相应地增 多 如与空气进 行切换 通过 蓄冷 器填料 的氮气 在入蓄冷器前 其中所含的 场O 和C氏量是可以被忽略 的 当氮气与填 料接 触时 除进行换热外 从空气中冻结在填料上的CO 或H O就有可能升华 进入氮气 中 在某一截面 即在某一温度下 进入氮气中的CO 或H O量有可能使氮气中 的co 或H o 含量达到饱 和含量 随着 温度的升高 氮气中的c 或H 0 含量就 由饱 和成 为未饱和 原 冻结在填料上的CO 或 H刃就有可能升华并进入氮 气鲜 哥柬 又成为饱和 这样 就能达到 自清除 C仇和 场O 的目的 在空分计算 特别是蓄冷器的计 算中 常用H O和CO 饱和蒸 汽涯 曲线 图1 2所 示的饱和蒸汽压曲 线 是将有关资料所示的几条曲线接合 绘成的 比较直观 使用也较方傅 利用饱 和蒸汽压 曲线可以计算以 下方面问题 一 压 力和温度变化时 空气中 饱和含H 盆和CO 盆的确定 当压力不是 很高 时 可以达为空 气中的饱和含H O量和CO 量与 压 力成反比 可由饱和蒸 汽压翰线周查 得饱 和蒸气压 并算出在常压下空气 中的绝对饱和含H O或C场量 再 算出空气被压 缩后的绝对饱 和含量 例 1 空气为5 时 含永量饱 和 由常压等温压 缩至 6 绝压 空 气中的饱和含水量可减少多少 解 按 图1 在常压 下5 0 时 空 气中水蒸汽的饱 和蒸 汽压为名8毫米 汞柱 其绝对含量可 按下式计算 厂厂三三曰 曰曰曰 1 1 1月 月巨 共 共压 月月任只只阵月月弓千千 不刁刁 刁刁 刁刁夕月 月曰 曰 曰曰曰曰 曰月月月月月月曰曰曰曰月月曰曰月月月月月月习习月月曰曰 广广 州州曰 曰广 一门 门l一门门川 川广甲 甲 川 川厂 厂门门厂飞飞 尸门门尸二二门 门下 门 门门 门 门门门门 门门门门门门门门门门门门门曰曰门门门门冈冈 门门口口 广广勺 勺片洲 洲片州州r 门门广州州尸节 节厂州 州尸勺勺厂门门 门 门尸刃 刃尸刁 刁广1 1 1尸门门厂 丁丁 叮叮叮日 日曰曰川川门门叮叮曰曰曰曰口口口口Z Z Z 口口口口 曰曰曰曰 曰曰曰三三曰曰曰马马马马 二宁 宁 一一一一一一一 国国国目目目目甲甲日日阵阵用用目 目月 月用用月月目目目目月月阵 阵 比比比比比比比比比叫 匕兰 兰 片片 曰曰川川广 门 门洲 洲厂 州 州厂一 一厂Z Z Z厂刁 刁 曰曰 门 门 一不 不 口口 门门门门 门门门门门叮叮叮叮曰曰厂厂Z Z Z曰曰门门口口口口门门口口 尸尸一 一曰 曰曰曰片节 节肖 肖厂 一一 一 门门州州 一门 门下 川川 刃刃 厂门 门 口口 门门门门 门门门门门口口门门口口了了口口口口 口口口口口口口口 目目目目目目目月月昌昌目目民民丝 丝目 目目目目目目目目目目目目目 月月月月 月月月井井曰曰弓弓研研尸尸只只曰曰曰曰曰曰曰曰阵阵干干 尸尸介 介 门门门门门门厂厂爪爪刃刃口口口口口口口口口口口口口口口口 口口口厂 厂二二门门巨巨口口已已巨巨口口口口口口口口口口口口口口 厂厂门门门 门 厂门 门 口口口口口口 1 二 二 二口 口厂几 几口不不 口口口二 二 口口 门门门门 门门门门门厂厂厂厂口口压压口口口口口口口口口口口口口口 与与与与与与与与与与与与与与与与与 月月月目 目月月自自序序目目曰曰曰曰曰曰曰曰曰曰曰曰曰曰曰曰曰曰 干干干日日阵阵曰曰匹匹吕吕日日日日开开吕吕日日日日日日日日日日 口口口门 门口口门门二二口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口 厂厂尸 尸 厂 厂二 二几 巨 巨 二 二巨二二仁 仁 二 二 刃 刃 二 二l了 了巨二 二 口口 口口口口口匡匡匹匹口口口口口口匡匡口口口口巨巨口口匡匡巨巨口口 舀舀舀屏 屏目目阵阵巨巨月月目目巨巨巨巨巨巨巨巨巨巨巨巨巨巨巨巨 曰曰曰曰 曰子子砰砰阵阵曰曰曰曰尸尸厂厂尸尸开开曰曰压压匕匕曰曰 爪爪 广广厉厉广广口口门门厂厂广广厂厂厂厂二二巨巨巨巨 口口 门门门门 门厂厂厂 曰曰口口厂厂厂厂厂口口口口厅厅厂厂口口 一一 一厂7 7 7厂 r一 一厂了 了厂下 下 厂一 一 一一F一 一下一 一 尸 尸 l w e一 一门 门 门门门了 了巨巨厂厂口口门门口口厂厂厂厂厂厂厂口口厂厂厂厂口口 吞吞吞吞吞吞吞吞吞吞吞吞吞吞吞吞吞 目目目片片巨巨巨巨巨巨目目目目巨巨巨巨巨巨巨巨巨巨唇唇乒乒目目 匡匡I I I巨 巨巨巨E二 二 口 口口口 厂下 下 1一 一厂冲 冲 1一 一门 门 团团团口 口口口口门门门门 r一 一厂 厂厂厂厂厂厂 厂厂厂门门 丁丁丁厂 厂厂厂厂门门门厂厂厂厂厂厂厂厂厂厂广广广广 丙丙丙厂 厂厂厂 口口f一 一厂 厂厂厂仁仁厂厂厂厂 厂厂门门 兴田坦喂御装 械 昆理名长关摧 温度 C 图 1 水英汽的饱和蒸汽压和温度的关 系 y o 二 PH oo R H oo T 克 米 1 式中 丫 刃 水蒸汽 的重度 当含水蒸汽量达 到饱和状态的空气所占体积为 1 米 时 实际上 丫 就 是空气中的水蒸汽饱和含量 P x o 空气巾H O的饱和蒸汽压 由图 1 查出的 单位为 毫米汞柱 将 其 xl护 7 3民6 后单位 为 克 米 琦 水蒸汽的气体常数 4 7 1 公 斤 米 公斤 度 T 温度 K 88x 10了 735 6 丫月 o 4 7 IX323 7 8 6 克 米 s 空气 若将5 0 的空气析合成标准状态 空气中的饱和含水量为 一物 会 一78 6 赘 一 3 克 标 米 空气 几 镌 一 一 温度 c图Z r 二氧化碳的饱和蒸汽压和温度的关系 当等温压缩至6 绝压时 空气中的水蒸汽饱和含量为9 3 e 二1 5 东 克 标米 空气 空气由常压等温压缩至6 绝压时 5 0 就有9 3 4 一 1 5 5 二7 7 5 克 标来 空气 水被析出后 可由油水分离器吹除阀吹出 丫例2 在氮水预冷器投入前空气入蓄冷器温度为5 0 氮水预冷器投入后入蓄冷器空气 温度降为2 0 空气压力为6 绝压 间蓄冷器清除水份的负荷减少多少 解 由例1解出 6绝压5 时空气中的饱和含水量为1 污 5 克 标来 空气 按图1 在常压下2 0 时 空气中水蒸汽的饱和蒸汽压为1 7 了毫米汞柱 其绝对含量按 式 1 计算 4 4 17 7 x10 73 5 6又6 Y 吵 一一云万交瓦互 2 9 1 克 米 空气 巧 f 若将2 0 的空气拆合 成标准状志 空气中的饱和含水量为 浅一 2 9 赘 一3 1到 克 标 几 空气 由于氮水预冷器投入后 入蓄冷器前空气温度的降低 空气中饱和含水量减少 蓄冷器 清除水份 的负荷减少 J 一 15 5一3 1 2二12 38 仁克 标米 空气 例3 在空气压力为常压及 6 绝压 时 温度降至 一13 3 空 气中各含有多少CO 开始 析 出 解 按图2 在常压 下 一13 3 时空气中CO 的泡和蒸汽压为1 3 7 毫米汞柱 其绝对 介冠可 按下 式计算 竺 玺 兰几 厂 P 2 式中 Vc o 扩V 一 在压力为P时 空气中C仇的饱和含量 标米 标米 Pc o 一 空 气中CQ Z 饱和蒸汽压 毫米汞柱 P 一 空气压力 俺米汞柱 卫丛一鱼 VP 1 37 73 5 6 一0 0 01名6 米 3 米 3一zs6 opp m 当空气为常属时 空气中有 860 PpmC仇 温度降至一 时 就会析出来 而空气压 力为 绝压时 幸气中只 萝 有 186 0 6 一3 10ppmC O 温度降至一 1 3 就会析出来 例 4 空气中CO Z 的含量为 教 ppm 问在常压及 6 绝压时CO 分压是多少 温度降至 几变时CO 开 始析出 一 在空气压力为常压 时之CO 饱和蒸汽压可 由式 2 求么 V 二门 尸广门 一厂 一万了 V 0 0 00 31 1 x7 35 6一0 22 8 毫米汞柱 查图2 一 温度降至 1 42 5 对 CO 开 始析出 由例 3 解得 在空气压力为 6 绝压时 CO 饱和蒸汽庄为 1 3 7 毫米汞柱沁温度 降至 一 1 33 时 CO 开始析 出 由例3 4 可以看出 压 力越低 在一定温度 一F析 出 C0 2 所要求空气中 含的CO 量越 多 在空气 中所 含CO 量不 变时 压力越低 析出CO 的温度亦越低 例 5 当空气压力为 6 绝压 出蓄冷器温度 为 一1 71 5 时 出蓄冷器的空气中 含有 多 少CO 解 按 图抓 二1 71 5 一 时 空气中 2 的饱和蒸汽压为 00 0 2 2 毫米汞柱 按式 2 丛鱼 二取 0 0 0 022 73 5 6X3 0 0 5 x 1o 米 3 米 0 刀S Pp 实际出 蓄冷器的空气中C O 含量为 5乍S Ppm 以丈 其原因是 此计算值为理 论 值 但 空气是流动的 析出的CO 过饱和部分 不 定 能全部冻结在填料表面土 所以在出蓄冷 器冷端的空气中CO 含量超过理论计算值的 10 0 倍以上 二 保 证蓄冷器不涂结的最大允许温差的确定 t 在通过 蓄 冷器的正 反流气量及压力已知时 利用饱和蒸 汽压曲线可以确考保证蓄冷器 不 冻结的最大允许 温差 例 6 通过蓄冷器的空气压力为 6 绝压 参加自清除的反流污氮气量为空气的0 605倍 压力为1 2 5绝压 进口温度为一 175 问冷端温差 几度可以保证不 冻结性 解 按保证蓄冷器不 冻结性 的公 式 P城 一 今 s 式中 Pc P会 2 空气 中及污氮气中CO 的饱和蒸汽压 毫米汞柱 PV n h 户不 P P 空气及污氮气压力 绝压 V V 一 空气及污氮气的容积流量 标米 标米 0 6 05X6 IXI 25 2 9 按图 2 自横坐标一1 7 5 至饱和蒸 汽压曲线作竖直线与曲线 交于 a 点 再 由 a 点作水 平 辅助线得知污 氮气中CO 的饱和蒸汽压 E卜 飞一6xl 毫米汞柱 如图 3所 示 按式 3 p e n p乞吸 p c o 2 9x6x lo 一5 2 7魂只1 0 一4 毫米汞柱 自纵坐标Pc o 1 7 4 x 1 0 一 毫米汞柱 作一水 平辅助线与 曲线 交于b点 再由b点作竖 直 辅助 线得知空气出 蓄冷器 温度不得高于一17 2 保证蓄冷 器不冻结性 的冷端最 大 允许温差为 一 175 一 172 二 3 由图 2 可以看出 由于饱和蒸汽压曲线不是直线而是曲 线 并且温度越低 与纵 坐标 的夹角越小 在 n 不变 的条件下 温度越低 保证 蓄冷器不冻结的 允许温差 越小 因此 最大 允许温差的最小值 在蓄冷 器冷端 之之之 一 汀 一I伦 丫乞 利用饱和蒸汽压曲线也可以算出在启动 时保证不冻结的图3 确定最大允许 最大允 许温差 温差示意图 例 7 在 全低 压流程空分设备 分阶段启动的第一和第三 阶段 通过蓄冷器的空气压力 为6绝压 反 流气为 1 2绝压 问冷端 温度与冷端允许温差之 间的关系如何 解 第 一阶段 是清 除空气巾的 水份 且反 流气 量与空气 量相等 式 3 可写为P从 P比 PV 6xl 二 止 才 式中 n 一 礼飞 二 羌于一二5 按 照例 6 的解 法 查图1 将结果列 于下表 n 一 一 P V 1 2xl 一 犷 一 件 一 Z 曰 卜 切 一价 空气出蓄冷器温度T空 C 20 1 1 0 0 一10 一2 0 一30 一5 0 60 一70 一一 U 一 一 州勺 一n7 口一 急 n O 一1 曰 t 口 4 J一 nU 一0一 内 J一 一 一 一 一 彼 U一 U U U l 空气中H O 饱和燕汽压 毫米未柱 3 3 s 4 52 了s 2 3 9 5 o 反 流气中H O饱和燕汽压 毫米汞 柱 0 150 05 0 o 0 0 反 流气入称冷器温度T反 C 允许沮差 AT C 一6 3 一72 81 第三阶段是清除空气中的CO 目反 流 气量 与空气量旧等 技 J 交 3 计算 照例6的解 法 查图召 将结果列于 一 厂表 空气出蓄冷器温度T空 C 空气中CO 饱和蒸汽压 毫 米汞柱 反流气中CO Z饱和 蒸汽 压 毫 米汞柱 反流入蓄冷器温度T反 C 一130 一t40 一 只 f 一1 乙O 一17 0 0 只5 0 t14凡 0 qOS0000只5 040 0 96 0 之 100 00 7 3 9 5 一t48 s 一 15 7 5 一1 66 5 一l 了 S 二止巴乞竺共共宾二 R 5 7 s 6 s 口 甲 创 月口 和 小型制氧机经验交流座谈会报导 根据一机部重型通用局 7苏 重技字86号文关 于一九七五年重型 通用机械产品质量行业活动计划 草 案 的要求和一机部重技字第冲28号给江苏省机械局 苏州地区工业局的函 在江苏省机械局 苏州地区 工业局 吴县县委与革委会的领导和关怀下 在吴县制氧机厂的大力支持下 于 197弓年6 月价日至2 3日 在吴县制氧机厂召开了 小型制氧机经验交流座谈会 参加会议的有行业各厂 有关院校 科研 使用 等3 8个单位的领导干部 工人和技术人员 共 卜 9 3 名代表 会议 由邯郸制氧机厂 吴县 制氧机厂 江西制 氧机厂和杭州制氧研究所共同组织 由邯郸制氧机厂和杭州制氧研多乙所主持 一机部机械研究院 派员到 会进行指导 到会代表首先认