1、基本常识1. 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，并且不停地在做无规则运动， 因此，空气中的氧、氮等分子是均匀的相互掺混在一起的，要将它们分离开是教困难的。 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（在大气压力下，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，在精馏塔内让温度较高的蒸气与温度较低的液体相互接触，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

2、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馏过程。低温法实现空气分离是 深冷与精馏的组合，是目前应用最为广泛的空气分离方法。（ 2）吸附法 它是让空气通过充填有多孔性物质分子筛的吸附塔，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,13X 等）对氮气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

3、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困难，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（0.1 um ）或中空纤维膜时，氧气的穿透过薄膜的速度约为氮的45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

4、，但富氧浓度一般适宜在2835%规模也只宜中、小型，所以只适用于富氧燃烧和医疗保健等方面。目前在玻璃窑炉中已得到实际应用。2. 制氧机（空分设备）有哪几种类型？答：制氧机又叫空气分离设备（简称空分设备），它的种类很多，根据不同的分类方法，有许多不同的类型。按产品的状态不同，可分为产气氧、产液氧、既产气氧又产液氧的制氧机。按产品种类不同，可分为单纯生产高纯氧的单高产品装置；同时生产高纯氧和高纯氮的双高产品装置；带氩制氧机（氧、氮、氩）及全提取（氧、氮、氩及其他稀有气体）装置。依照产量不同，分为小型制氧机（产量小于1000 m3/h ）、中型制氧机（产量 10003310000m/h ）、大型制氧

5、机（产量大于10000 m/h ）。按操作压力不同，可分为高压装置（操作压力在1020Mpa）、中压装置（操作压力为1.05.0Mpa）、全低压装置（操作压力0.50.6Mpa）。按换热器类型不同，又可分为板式、管式、管板式装置。3. 空分设备的型号表示什么意思？答：以某单位空分为例，空分装置的型号是KDONAr-48000/45500/1600，分别表示空分、低压、氧气产品、氮气产品、氩气产品，各产品生产能力分别是 48000Nm3/h, 45500Nm3/h,31600Nm /h，体积均为标准状态下（OC, O.MPa、的体积。4. 氧气站对周围的空气有什么要求？答：为了保证氧气生产的安全

6、，对空压机吸风口处空气中烃类的可燃杂质有一定限制，液化空气公司要求空气质量达到以下要求：杂质成份化学式连续最大体积含量单位一氧化碳CO5ppm二氧化碳CO2550ppm甲烷CH43.5ppm乙炔C2H21ppm氮氧化合物NOx100mg/m3碳氢化合物（除乙炔）CnHm8ppm氨NH30.2mg/m3硫化氢H2S0.01mg/m3二氧化硫SO22373mg/mTST （总悬浮物含量）100mg/Nm35. 什么叫氧气放散率，如何计算？答：氧气放散率是指制氧机生产的氧(气态与液态)产品中有多少未被利用而放空的比例。放散率2 fs可按扣除利用的部分来计算。即：2 fs=1-(V 'qo+V

7、 'yo+V 'c)/(V qo+V yo)式中 Vqo、Vyo -生产的气氧和液氧总量；Vqqo、Vqyo -送出的气氧和液氧总量；Vqc-储存的产品增量。氧气放散率是反映设备配套适应能力和生产组织水平的重要指标。氧气放散率越高， 能源浪费越大，综合运行经济效益越差，所以必须通过各种手段降低氧气放散率。6. 什么叫氧的提取率？答：在采用空气分离法制取氧气时，总是希望将加工空气中的氧尽可能多地作为产品 分离出来。为了评价分离的完善程度，引入氧提取率这一概念。氧提取率一产品氧中的总氧量与进塔加工空气中的总氧量之比来表示。即2 =V O2 X Y O2/(V k X y k)式中

8、2氧的提取率：V02、Vk氧气产量和加工空气量，m3/h:Yo2、yk产品氧和空气中所含氧的体积分数。从上式可以看出：对于一定的地点，空气中的含氧量基本不变。当进塔空气量和产品 氧纯度一定时， 氧提取率的高低取决于氧产量的多少。 而氧产量的多少， 对于全低压制氧机 在进气量一定的条件下，主要决定于污氮中含氧的高低。而以3200m 3/h 空分装置为例，当进塔空气为18100m3/h,污氮气量为加工空气量的60.2%，污氮中氧的体积分数为5.5%时，氧产量是3200m3/h，氧纯度是99.6%。由此可以算出，此时氧提取率为2 =3200X 99.6/(18100X 20.9)=0.842，即 8

9、4.2%同时可以算出随污氮跑掉的氧气量为18100 ( m3/h) X 60.2% X 5.5%=599.2m3/h。如果污氮中含氧增加至 7.5%，则随污氮跑掉的氧气量为：3318100(m3/h)X 60.2%X 7.5%=817.2m3/h由此可见，氧气产量将减少(817.2 599.2) m3/h=218m3/h,即氧产量为(3200 218)33m /h=2982m /h。此时氧提取率为 2 =2982X 99.6/ (18100X 20.9) =0.718=71.8%。所以，应该努力降低污氮中氧含量，这样可以多产氧，提高氧的提取率。全低压的精馏塔的氧提取率以前只有80% 85%现在

10、已经提高到 90% 95%最先进的甚至可达 99%左右。二、基本概念7. 压力表示什么意义，常用什么单位？答：单位面积上的作业力叫压力。 对静止的气体， 压力均匀的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，而且随深度的增加而增大。按国家标准，力的单位为牛（N）,面积的单位为 吊，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 1MPa=106Pa。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）=1kgf/cm 2=0.09

11、8MPa 0.1MPa1 标准大气压（atm） =760mmHg=1.033工程大气压=0.10133MPa 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压产生的压力。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=p gh31mm2O产生的压力为：1000kg/m x 9.8m/s x 0.001m=9.8Pa31mmH产生的压力为：13600kg/m x 9.8m/s x 0.001m=133.2Pa=13.6mmH

12、O8. 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。当实际压力高于大气压 力时， 测得的压力叫表压力。 容器内工质本身的实际压力称为绝对压力。 绝对压力应等于表 压力加上大气压力：绝对压力 =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 =大气压力真空度由于大气压力近似等于 0.1MPa,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, 绝

13、对压力为 0.48MPa+0.1MPa=0.58MPa.9. 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。 温度降到一定程度， 水可以变成固体， 空气也可以变成液体。定量的表示温度的 高低有不同的温标。最常用的是摄氏温标C,取标准大气压下水的冰点为0C,水的沸点为100C。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-182.8 C。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。0C相当于273.15K。即0K=-273.15

14、C。他们的关系如下所示。T(K)=t( C )+273.15t( C )=T(K)-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 C,开尔文温度为： 182.8+273.15=90.35K10. 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

15、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”。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” 。例如密闭在定压

16、 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

17、度则可将二者统一起来。11. 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，使气体变得更容易液化。即在一定温度下，可以提高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，无论压力提的多高，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，如下表所示。部分物质的临界温度和临界压力物质名称空气O2N2H2ONHCOH临界温度/C-140.65 -140.75-118.40-146.90374.15132.

18、4031.00-239.60临界压力/MPa3.868 3.8765.0793.39422.56511.5807.5301.320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

19、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。12. 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，混合气体的总压力等于各组分的分压力Pn之和：P=P+F2+ +Pn13. 什么叫绝对湿度？答：由于水的不

20、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中含有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p w(kg/m3)。它们的关系为p w=Pw/(RwX T)式中Rw水蒸气的气体常数，Rw=461.7J/(kg.K);T湿空气的温度，

21、Ko14. 什么是饱和含量？答：空气中所能容纳是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。于此同时，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

22、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，可通过实验测定。15. 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

23、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 33量p w(g/m )与当时温度下最大允许含量(饱和含量)p s(g/m )之比，若用表示相对湿度，则2 = ( p w/ p s) x 100%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：2 =(Pw/Ps)x 100%例如，空气的温度为8C时，水蒸气的分压力 Pw=800Pa(6mmHg)由数据表可

24、查得 8C时 的饱和水蒸气压力为 Ps=1066Pa(8mmHg这说明水蒸气含量尚未达到饱和，其相对湿度为2 =800/1066 x 100%=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沱间。由于饱和蒸气压随温度降低而减小，因此，即使是相对湿度均为100%，但是，在不同温度下空气中水分含量(绝对湿度)是不同的。16. 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， 能使空气中原来

25、 未达饱和的水蒸气可变成饱和水蒸气，多余的水分就会析出。 使水蒸气达到饱和时的温度就叫做“露点” 。测得露点温度， 就可以从水蒸气的饱和含量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 C,由数据表可查得：与-50 C对应的饱和水分含量为0.038g/m 3,说明空气中尚含有这些水分。如果露点为-60 C,则饱和水分含量为 0.011g/m3。露点越低，说明干燥程度越高。17. 为什么空气经压缩和冷却后会有水分析出？答：在吹除空压机各级的油水时可以看到， 从分离器中总有不断吹出大量水分。 这些水 是从哪里来的呢？这是由