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工业气体基本知识

我热情似火 发表于: 2007-9-09 17:54 来源: 半导体技术天地

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hhnec at 2007-9-11 21:04:09

工业气体基本知识

1.温度
        温度-----表示物体冷热程度的物理量(物质分子运动平均动能的度量)
        华 氏温标(Fanrlenheit)----1714年
        规定:水冰点为320F---水沸点为2120F---两点间180等分为1度
        摄氏温标(Celsius)------1742年
        规定:水冰点为00C---水沸点为1000C---两点间100等分为1度
        开氏温标(Kelvin)----1848年     热力学温标
        规定纯水三相点为273.16K(=0.010C),分度值同摄氏温标
        换算关系:    0C=5/9(0F-32)           0F=9/5× 0C+32
                         K=0C+273.15           0C=K-273.15

2.压力:
        压力（压强）单位面积上所受的垂直作用力。(气体分子不规则运动对容器壁撞击产生的一种作用的宏观表现，垂直于容器壁)
基本单位------帕斯卡-----Pa=N/m2     牛顿/平方米
MPa=1000KPa=1000000Pa      KPa=1000Pa
标准大气压(物理大气压)      1atm=101325Pa
地心引力对大气层作用的结果
(规定纬度45度,海平面上常年平均空气压力为标准大气压)
工程大气压
        公斤力/平方厘米------at=kgf/cm2 =9.8×104 Pa=98 kPa
        (1kgf=1kg*9.8m/s2=9.8N---1 cm2 =1 m2×10-4)
磅力/平方英寸
lbf/in2--- PSI (Pounds per Square Inch)
1MPa=145PSI
其他压力单位
巴---BAR----气象常用压力单位----1bar=0.1MPa=100Kpa
1bar=1.02 kgf/cm2
        毫米汞柱------------------mmHg
        毫米水柱(英寸水柱)---mmH2O(inH2O)
        1bar=750mmHg=10197mmH2O
绝压与表压
        绝压=表压+当地当时大气压-----atm
        gauge----g----表压              absolute----a----绝压

3.比容,体积 ,流量
        比容----单位物质所具有的体积----v=m3/kg
        密度----单位体积物质所具有的质量----d=kg/m3
        流量----单位时间内通过流体的量(体积/质量)----m3/h, kg/h
        质量----表示物质的多少的物理量----kg,  g  ,  lb,pound
        体积----表示气体所占体积 大小-----m3, L, mL
        一定体积内的气体量随气体的压力和温度变化 ,给出气体体积时必须指
出在什么温度和压力下
标准状态:        0 0C,  101325Pa=1atm        （700F,101.325kPa=1atm）
                    Nm3(Normal Cubic Meter)         SCF(Standard Cubic Foot)
                      (1Nm3氧=1.43kg     1Nm3氮=1.25kg)

4.纯度,露点
浓度---混合气体中某种成分的多少----%
纯度---对于产品,其气体成分占了绝大多数,一般称之为纯度----%
对于纯度较高的气体,一般是指出某些杂质的含量---PPM,PPB
PPM=1/1000000   百万分之一;   PPB=1/1000000000    十亿分之一
露点---使某特定状态气体达到其中水蒸汽饱和时的温度。
在一定压力下,气体中的含水量(绝对湿度)与露点一一对应,测定露点就是
测定气体的绝对湿度。（含水量愈低，露点也愈低）
                                露点与湿度的对应关系       
露点0C        克/立方米        PPM        相对湿度
%,（200C）
40        51.5        77789       
30        30.4        41868       
20        17.3        23079        100
10        9.4        12117        52.5
0        4.8        6020        26.0
-10        2.27        2560        11.5
-20        0.9        1020        4.41
-30        0.345        376        1.63
-40        0.125        127        0.56
-50        0.04        39.4       
-60        0.011        10.6       
-70        0.0028        2.55       
-80        0.0006        0.526       
-90        0.00011        0.0923       


5.热,功,能:
        热量---衡量传热过程中物体吸收或 放出能量大小的物理量----J  焦耳
        冷量---吸收热量的能力---J   焦耳
        功-----力与在其作用方向位移的乘积-----J =N*M       焦耳=牛顿*米
        功率---单位时间所作的功-----W =J/S        瓦=焦耳/秒
        能量---作功的能力或本领----动能,位能等
内能---物体内部所具有的能量:
        气体分子热运动动能-----温度
        气体分子 间相互作用-----压力/比容
当气体加热或作功时会改变气体的内能,表现为温度,压力等的变化

6.理想气体定律
        气体压力、温度、体积之间存在一定关系----气体定律
        玻意尔-马略特定律--当一定质量气体温度不变时,压力与比容成反比
                pv=常数

        查理定律---一定质量的气体,体积不变时,绝对温度与压力成正比
                p/T=常数

        盖.吕萨克定律---一定质量气体,压力不变时,绝对温度与比容成正比
                v/T=常数

        以上三个定律的综合即为理想气体定律
                pv-RT
               
        所谓理想气体即完全符合理想气体定律的气体. 实际上真正的理想气体是
        不存在的, 当气体的压力不太大,温度不太低时可近似地看作是理想气体.
       

空气的液化及分离
1.空气的组成
        空气是多种气体混合物,主要成分为氧气和氮气,
名称        Oxygen
氧        Nitrogen
氮        Argon
氩        Helum
氦        Hydrogen
氢        Neon
氖        Krypton
氪        Xenon
氙        Air
空 气
        O2        N2        Ar        He        H2        Ne        Kr        Xe        -
        20.93%        78.1%        0.933%        5pmv        0.5pmv        17pmv        1pmv        0.1pm        100%
分子量        31.9988        28.0134        39.948        4.0026        2.01594        20.183        83.80        131.30        28.96
比重        1.105        0.9669        1.380        0.13796        0.0695        0.6958        2.898        4.56        1.000
饱和液体密度
kg/m3        1141.6        808.3        1393.6        124.9        70.78        1207        2412        3056        --
正常沸点
0C        -183.0        -195.8        -185.9        -268.9        -252.78        -246        -153.2        -108.1        -194
临界压力温度
Atm        50.14        33.52        48.34        2.26        12.8        26.19        54.3        57.64        --
0C        -118.4        -146.9        -122.3        -267.95        -240.2        -228.7        -63.8        16.6        --

2.物态变化
        任何物质分子都可能以气态、液态、固态存在，简称为物质的三态
        在一定条件下，物质的状态可以相互转化，称为物态变化（相变）：
        气化…液体变为气态的过程（蒸发－表面、沸腾－内部）
        液化…气体变为液态的过程
        凝固…液体变为固态的过程
        溶解…固体变为液态的过程
        升华…固态物质不经过液态直接转变为气态的过程（反之为结晶）
        临界温度：只有将气体温度降低到临界温度以下，才能将其液化。

氧、氮、氩的饱和压力与饱和温度
氮       临界压力:   3.398   Mpa
               临界温度:   126.26  K        氩      临界压力: 4.864 Mpa
              临界温度: 150.72 K        氧      临界压力: 5.107   Mpa
            临界温度: 154.78 K
压力 Mpa        温度   K        温度 0C        压力 Mpa        温度  K        温度 0C        压力 Mpa        温度  K        温度 0C
3.000        123.5        -149.6        3.000        139.0        -134.1        3.000        141.7        -131.5
2.000        115.5        -157.6        2.000        130.0        -143.1        2.000        133.0        -140.2
1.000        104.0        -169.1        1.000        117.0        -156.1        1.000        119.4        -153.8
0.600        96.3        -176.8        0.600        108.5        -164.6        0.600        111.4        -161.8
0.400        91.0        -182.1        0.400        102.8        -170.4        0.400        105.9        -167.3
0.200        83.5        -189.6        0.200        94.0        -179.1        0.200        97.0        -176.2
0.100        77.0        -196.1        0.100        87        -186.1        0.100        90.0        -183.1
0.075        74.1        -199.1        0.075                        0.075        87.5        -185.6



3.获得低温的方法：
          压缩气体的节流－对外不作功，也不进行热交换，压缩气体由于流动
遇到局部阻力而造成压力有较大降低的过程。
影响因素－1节流前后压差     2节流前温度
        气体作外功等熵膨胀－压缩气体在膨胀机内膨胀，并对外作功，使气体
        本身能量减小，温度降低。
        影响因素－膨胀机效率、进出口压力、进口温度、膨胀量
        气体液化循环－由一系列热力过程组成的持续的循环，目的是使气体
工质冷却、液化并补偿循环过程中的冷量损失。
1895年德国的林德和英国的汉普森分别独立地提出一次节流循环，是
最早在工业上采用的气体液化循环。
1902年法国的克劳特首先实现了带有活塞式膨胀机的空气液化循环，
是目前工业上采用的各种液化循环的基础。

4.空气精馏
        气－液相平衡
        整个气－液系统在相等压力与温度下，各部分状态参数保持不变，这种
        状态称为气－液相平衡状态。
平衡是相对的，动态的，与一定的条件有关。
如条件（压力、温度、组分）改变了，原来的平衡将破坏，重新建
立起与新条件相适应的相平衡。
当气－液处于相平衡状态时，液面上方的蒸气叫饱和蒸气，其压力称为
饱和蒸气压，相应的温度叫沸点。沸点随蒸气压的升高而升高。

混合物的相平衡
在一定压力和温度下，处于平衡状态的混合物的气相组成与液相组成有
关。氧－氮二元混合物的气－液平衡关系如下：
1、平衡后液相中的氧浓度大于气相中的氧浓度。或气相物中低沸点组
分的浓度大于液相中低沸点组分的浓度。
2、压力越低，饱和气体与饱和液体中的浓度差越显著。

        精馏
        同时并多次运用部分蒸发与部分冷凝过程，使达到平衡状态的气相和
        液相分开并又进入新的平衡状态，使氮逐渐地从液体中分离出来掺入
        到气体中去；同时氧逐渐从气体中分离出来混入到液体中去。

laofuzi at 2009-5-12 13:52:45

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