空分問(wèn)答,冷與液化.doc

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1、1、什么叫制冷?答：在日常生活中我們可以看到，一杯熱水會(huì)自然地冷卻到周圍的環(huán)境溫度為止，一塊冰會(huì)在0℃以上的環(huán)境中自然融化成水。但是水不會(huì)自發(fā)地降低到比周圍空氣更低的溫度而結(jié)冰。這些現(xiàn)象說(shuō)明自然界的一個(gè)基本規(guī)律：熱只能自發(fā)地從高溫物體傳給低溫物體，而相反的過(guò)程不能自發(fā)地進(jìn)行。用人為的方法獲得比環(huán)境更低的溫度，是可以實(shí)現(xiàn)的。但是，這需要花費(fèi)一定的代價(jià)，即消耗一定的能量(功，電能等)才能實(shí)現(xiàn)。這種人為地獲得低溫的過(guò)程，就叫“制冷”。我們常見(jiàn)的冰箱、空調(diào)機(jī)就是靠制冷機(jī)實(shí)現(xiàn)制冷過(guò)程而獲得低溫的。它必須要消耗電能，帶動(dòng)壓縮機(jī)工作。制冷機(jī)中循環(huán)工作的物質(zhì)叫“制冷劑”。

2、它是一種低沸點(diǎn)的物質(zhì)，常用的有氨、氟里昂等。將這些工質(zhì)在氣態(tài)壓縮后，在常溫下就能在冷凝器中放出熱量而冷凝成液體。再通過(guò)節(jié)流膨脹降壓，使其飽和溫度降低到比環(huán)境更低的溫度。它就可以通過(guò)在蒸發(fā)器中蒸發(fā)吸熱，來(lái)冷卻別的物質(zhì)(空氣、水、食物等)，達(dá)到制冷的目的。工質(zhì)本身則在蒸發(fā)器中吸熱氣化后，又返回到壓縮機(jī)中再次壓縮。如此循環(huán)地工作，實(shí)現(xiàn)連續(xù)制冷。在制氧機(jī)中，要將空氣溫度降低到液化溫度，這也是一個(gè)制冷過(guò)程，因此，必須有壓縮機(jī)，并以消耗電能為代價(jià)。只是制氧機(jī)中是以空氣為工質(zhì)，靠將空氣先壓縮、再膨脹的方法達(dá)到降溫的目的。然后再來(lái)冷卻空氣本身，直至達(dá)到液化溫度而被液化。2

3、、什么叫熱量，什么叫冷量?答：兩個(gè)溫度不同的物體相互接觸時(shí)，溫度高的物體會(huì)變冷，溫度低的物體會(huì)變熱。這是由于高溫物體有能量傳遞給低溫物體。這種能量變化的大小通常用“熱量”這個(gè)物理量來(lái)度量。物體內(nèi)部能量減少，是因?yàn)榉懦隽藷崃?；反之，則是吸收了熱量。通常體現(xiàn)在溫度或物態(tài)的變化。熱物體相對(duì)于冷物體來(lái)說(shuō)，具有放出熱量的能力；冷物體相對(duì)于熱物體來(lái)說(shuō)，具有吸收熱量的能力。因此，熱量的單位也就是能量的單位。按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)是采用焦耳(J)為單位，工程上常用千焦(kJ)?！袄淞俊笔窃谥评漕I(lǐng)域的一種習(xí)慣用語(yǔ)。因?yàn)橐@得比環(huán)境更低的溫度，是要靠制冷機(jī)化費(fèi)電能才能獲得的。也就是說(shuō)，

4、要從低溫物體取走熱量是要花費(fèi)代價(jià)的。由于它的溫度低于環(huán)境溫度，就具有了自發(fā)從環(huán)境吸收熱量的能力。它所能吸收熱量的最大能力，是將它的溫度升高到環(huán)境溫度時(shí)所能吸收的熱量。這個(gè)吸熱能力的大小就稱為冷量。物體的溫度越低，數(shù)量越多，則吸收熱量的能力越大，就叫具有的冷量越多。由此可見(jiàn)，冷量只是對(duì)某一種熱量的特殊稱呼。這種吸熱能力是花費(fèi)代價(jià)才得到的，顯得更為珍貴。在數(shù)量上等于制冷時(shí)從低溫物體取走的熱量，也等于低溫物體所能吸收的熱量(均以環(huán)境溫度為基準(zhǔn))。3、空氣為什么也能變?yōu)橐后w?答：通常我們看到的空氣是處于氣體狀態(tài)，而水則容易變?yōu)闅鈶B(tài)(水蒸氣)和固態(tài)(冰)。實(shí)際上，任

5、何物質(zhì)都有可能以氣、液、固三種狀態(tài)存在。這種狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)變稱為“相變”。產(chǎn)生相變的溫度取決于物質(zhì)的種類和壓力。產(chǎn)生相變的內(nèi)在原因是由于當(dāng)溫度變化時(shí)，組成該物質(zhì)的分子運(yùn)動(dòng)情況發(fā)生了變化。溫度降低時(shí)，分子運(yùn)動(dòng)減慢，分子之間的距離縮小，相互之間的作用力增強(qiáng)，直至吸引力增大到處于液體狀態(tài)。此時(shí)的溫度就是液化溫度。由于空氣在大氣壓力下的液化溫度在-191.3～-194.3℃，所以在常溫下均以氣態(tài)形式存在。但是，只要溫度足夠低，空氣不但能轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w，甚至也可能轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w。4、在空分塔頂部為什么既有液氮，又有氣氮?答：在煮開(kāi)水時(shí)我們可以看到，在大氣壓力下，溫度升高到10

6、0℃，水開(kāi)始沸騰。但是，水不是一下子全部變成蒸汽的，而是隨著吸收熱量，蒸汽量不斷增加。在汽、液共存的階段，叫“飽和狀態(tài)”。該狀態(tài)下的蒸汽叫“飽和蒸汽”，水叫“飽和水”。在整個(gè)汽化階段，蒸汽與水具有相同的溫度，所以又叫“飽和溫度”。精餾塔頂部的情況與此類似，氣氮與液氮是處于共存的飽和狀態(tài)，具有相同的飽和溫度。但是，相同溫度下的飽和液體及飽和蒸氣屬于不同的狀態(tài)。飽和蒸氣放出熱可冷凝成飽和液體，溫度保持不變，這部分熱量稱為“冷凝潛熱”；飽和液體吸收熱可氣化成飽和蒸氣，溫度也維持飽和溫度不變，這部分熱量稱為“蒸發(fā)潛熱”。對(duì)同一種物質(zhì)，在相同的壓力下，二者在數(shù)值上相

7、等。5、為什么液氮過(guò)冷器中能用氣氮來(lái)冷卻液氮?答：液氮過(guò)冷器利用上塔引出的低溫氣氮來(lái)冷卻從下塔引出的液氮，以減少液氮節(jié)流進(jìn)入上塔時(shí)的氣化率。為什么氣氮的溫度反而會(huì)比液氮溫度低呢?這是因?yàn)閷?duì)同一種物質(zhì)來(lái)說(shuō)，相變溫度(飽和溫度)與壓力有關(guān)。壓力越低，對(duì)應(yīng)的飽和溫度也越低(見(jiàn)圖8)。在上塔頂部，處于氣氮和液氮共存的飽和狀態(tài)，二者具有相同的飽和溫度。氮?dú)獬錾纤慕^對(duì)壓力在0.13MPa左右，對(duì)應(yīng)的飽和溫度為-193℃，出塔的氮飽和蒸氣的溫度也為該溫度。而下塔頂部的絕對(duì)壓力為0.55MPa左右，對(duì)應(yīng)的氮飽和溫度為-177℃左右。抽出的飽和液氮也為該溫度。該液氮的溫度

8、要比上塔氣氮的溫度高16℃左右，因此，兩股流體在流經(jīng)液氮過(guò)冷器時(shí)，