空气分离制氧技术-第5章 空气的精馏.pdf

第五章 空气的精馏 5.1 空气的精馏 5.1.1气液相平衡 每种聚集态内部均匀的部分，称之为相。相的内部达到平衡 时，宏观物理化学性质均匀一致。 当两相接触时，物质从一相迁移到另一相中去的过称叫相变， 比如：蒸发、冷凝、溶解、结晶、凝固、升华等，都属于相变。 图5-1 在相变过程中，当宏观上物质迁移过程停止时候的状态，叫 相平衡。 如图5-1 中，在一个密闭容器中，随着 P(Mpa) 液体蒸发，液面上的气体分子逐渐增多，蒸 10 N2 气压力也不断升高。由于蒸气分子在空间不 1 Ar 断作无规则运动，相互碰撞，其中一部分蒸 0.1 O2 汽分子接近液面，被液相分子吸引，重新凝 结回液相。蒸气压力越升高，凝结回液相的 0.01 蒸气分子越增多。当到达某一时候，微观上 T （K） 蒸发的分子数与凝结的分子数相等。气相和 50 100 140 液相的分子数量不再发生变化，容器中的液 图5-2 相与液面上的气相建立了平衡，称之为气 液相平衡。气液相平衡时，整个气液系统 100 处于恒定的压力和温度之下，各部分状态 80 参数将保持不变。 气液相平衡状态下，液面上方的蒸 60 气叫饱和蒸气，饱和蒸气对应的压力称为 饱和气压，相对应的温度叫饱和温度，也 40 叫沸点。 一旦压力或温度发生了变化，原来 20 的气液相平衡就被打破，宏观上蒸发和冷 凝将继续进行，直到在新的条件下重新建 20 40 60 80 100 立起平衡。 图5-3 图5-2是氧、氮、氩的饱和蒸气压 与温度的关系曲线。在同一温度下，即在图中作一条垂线，饱和蒸气压越高，表明该物质越容易气 1 化，亦即 “易发挥”。相同温度下，氮的饱和蒸气压总是大于氧，氮相对于氧就是易挥发组分，氧 是难挥发组分，氩介于氧、氮之间。 液态的氧和氮可以任何比例均匀混合，空气的主要组分是氧和氮，所以液态空气通常可称为 氧、氮二元系混凝土合溶液。 图5-3表示不同压力下氧在液空溶液气相和液相的平衡含量的关系。在98Kpa绝对压力下， 含有21%氧的液空上方的空气中仅含6.3%氧气；如图A点；如使气相氧含量达到21%，则液相中 氧含量达到52%，从图中可以看出，氧氮混合溶液中，液相氧浓度总是大于气相氧浓度，因此，气 相氮浓度也总是大于液相氮浓度。 5.1.2氧、氮混合物气液相平衡图 当溶液达到气液相平衡时，它们便具有确定不变的压力、温度及相应的组份浓度。根据相律表 达式f=c-￠+2 f_自由度数 c_组份数 ￠_相数 二元溶液f=2,即在溶液的压力，温度和浓度三个变数中，确定其中两个参数就可确定溶液的状态。 任取两个状态参数为纵横当作出的溶液状态图，就叫相平衡图。 温度浓度图（T-x- 图） T （K） 图5-4 中， 当压力增加时 130 液相线间距变 窄，这表明压力 120 越增高，气液相