1、制 氧 技 术 zhiyangjishu,第一章 工业制氧的方法,1.氧气的生产方法,水电解法； 化学法； 空气分离法：低温法、吸附法、膜分离法,1.1水电解法：,将水电解而产生氧气： 2H2O=O22H2,水电解的特点：,可以同时生产氧气和氢气； 较危险，氢气属于易燃易爆气体； 每生产1M3的氧气同时可以生产氢气2M3； 纯度高； 耗电量大，每生产1M3的氧气耗电量约1215度； 不适宜大量生产氧气。,1.2化学法：,将氯酸钾加热分解出氧气，1公斤氯酸钾能放出270升氧气； 氧化钡加热生成过氧化钡，再加热放出氧气，2BaO+O2=2BaO2 2BaO2=2BaO+O2，1公斤氧化钡可以制取1
2、00升氧气。,化学法的特点：,原料贵重，消耗量大； 生产能力小； 不适宜大量生产氧气。,1.3空气分离法,1.3.1低温法 将空气压缩、冷却，使空气饱和液化，利用氧、氮组分的沸点差，用精馏的方法将氧氮分离，从而获得高纯度的氧和氮。低温法是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，在国内外的制氧行业中占统治地位。,低温法的特点：,产量大：目前国内最大的制氧机在宝钢，制氧能力为72000M3/h，国外最大的制氧机在巴西，制氧能力为110000M3/h。 氧气和氮气纯度高：氧气的纯度可达99.6%以上，氮气纯度可达99.999%； 电耗低； 适宜大规模生产； 可以同时生产氩气
3、等稀有气体。,1.3.2吸附法,让空气通过分子筛吸附塔，利用分子筛对空气中的氧、氮组分选择性吸附而使空气分离获得氧气。,吸附法流程图：,吸附法的特点：,流程简单，常温运行，设备便易，投资少； 全自动控制，制氧快速，能耗低，生产1M3氧气的能耗只有0.4KWH； 产品单一，不能同时生产氧和氮； 纯度低，氧纯度只有90%93%； 分子筛体积大，不适合大型化生产，一般用在小于4000M3/H氧气的场合； 分子筛切换时间太短（两分钟），系统容易出故障，不适合连续运转。,1.3.3膜分离法,利用有机聚合膜的选择渗透性，从气体混合物中将氧、氮分离，获得富氧气体。,膜分离法原理,氧、氮、氩透过膜的速率不同，
4、氧氩氮，氧气透过膜的速度约为氮气的45倍； 分离膜很薄，而且具有很多的微孔 ； 分离膜对不同的气体组分具有选择透过性 ； 不同气体组分在分离膜中的溶解度和扩散系数不同 ； 在膜中形成气体浓度梯度；,膜分离法的特点,产品纯度低，氧纯度只有4050%； 可以生产高纯度的氮气； 装置简单，操作方便； 运动元件及易损件少，运行较平衡； 分离膜易堵塞； 分离膜制造困难，价格高； 不适合大型化生产。,2.氧、氮、氩的用途,2.1氧气的用途： 钢铁行业：将高纯氧吹入转炉使铁中的碳、硫、磷、硅等杂质氧化，可以大缩短冶炼的时间，提高钢的质量； 有色金属行业：用富氧代替空气进行熔炼，可以降低能耗，减少有害烟气量，
5、提高设备生产能力；,化学工业：合成氨生产化肥过程中使用氧气可以强化工艺过程，提高化肥产量； 能源工业：煤气化及煤气化联合发电等。 机械工业：金属切割及焊接； 国防工业；液氧可做火箭和超音速飞机的助燃剂，液氧浸泡的可燃物可做炸药； 医疗部门：病人的急救及辅助治疗。,2.2氮气的用途,冶金、电子与石油工业：保护气； 化学工业：合成氨生产化肥、硝酸、炸药、塑料等； 食品工业：食品的速冻、保鲜与防腐； 医疗部门：冷冻剂； 高科技行业：利用液氮的低温可使某些材料获得超导性能。,2.3氩气的用途,金属冶炼：用于置换气体防止工艺流程中的氧化 ，用于搅拌钢水来保持恒定的温度和成份的同一，不锈钢精炼中去除一氧化
6、碳和减少铬的损失 ； 机械工业：铝、镁、铜及合金和不锈钢的焊接保护气； 电子工业：保护气和热传导； 照明：用于白炽灯和荧光灯泡的充气，在氖灯中制造蓝光 。,第二章 低温热力学基础,2.1温度,表示物质的冷、热程度； 温度是物质分子热运动平均动能的度量； 温度越高，分子热运动的平均动能就越大； 温度的数值用“温标”来表示； 温标是衡量物质温度的标尺； 常用的温标有：摄氏温标（）、华氏温标（）、热力学温标（K）三种。,2.1.1摄氏温标,标准大气压下，纯水的冰点是摄氏零度，沸点是100度，将其分为100等分，每一等分代表摄氏1度，用符号标记。 仪表指示的温度通常为摄氏温标。,2.1.2华氏温标,标
7、准大气压下，纯水的冰点是华氏32度，沸点是212度，将其分为180等分，每一等分代表华氏1度，用符号标记。 西方国家常用华氏温标。,2.1.3热力学温标,热力学温标又称绝对温标或开尔文温标。 绝对温标规定：在标准大气压下纯水的三相点为273.16度，沸点与三相点间分为100格，每格为1度，用符号K表示。 -273.16 定为绝对零度。 从绝对零度算起，绝对温标与摄氏温标的刻度相同。 绝对零度只能接近，无法达到。 工程常用绝对温标。,2.1.4各温标之间的换算关系,同一温度的摄氏温标数值为t，华氏温标数值为F，热力学温标的数值为T，各温标之间的换算关系为： tT-273.16 t（F-32）/1
8、.8 Tt273.16 F1.8t32 摄氏温标与绝对温标的刻度值大小相同，其温差值也是相同的，不用换算。,2.2压力,单位面积上所受的垂直作用力称为压力。压力的名称是“帕斯卡”，单位符号为Pa。每平方米面积上作用1牛顿的力而产生的压力为1 Pa。,2.2.1常用的压力单位,2.2.1.1物理大气压（at）：温度0、纬度45海平面上大气的平均压力。物理大气压也称标准大气压。1标准大气压1.013105Pa,2.2.1.2工程大气压,工程技术上常用的压力单位。工程大气压指每平方厘米面积上作用1千克力而产生的压力，单位可用kgf/cm2表示。 1工程大气压9.81104Pa,2.2.1.3mmH2O柱和mmHg柱,在压力测量中，往往直接读出水柱和水银柱的高度，因此就直接用mm水柱和mm水银柱来表示压力的大小。如一个工程大气压就是1000mm水柱，正常人的血压值是125/85，其实就是高压125mm水银柱，低压85mm水银柱。 1mmH2O9.81Pa mmHg133.32Pa,2.2.2压力单位换算,1MPa=106Pa 1 kgf/cm2=9.81104Pa0.1MPa 1MPa 10kgf/cm2 1bar=105Pa=0.1MPa 1kgf/cm2,2.2.3绝对压力与表压力的关系,
