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绪论1

第1章 低温热力学基础3

1.1 气体与蒸汽的热力性质3

1.1.1 基本状态参数3

1.1.2 理想气体的基本定理及其状态方程4

1.1.3 混合气体的性质5

1.1.4 实际气体在低温时的基本热力性质6

1.1.5 饱和蒸汽与其液体平衡时的性质8

1.1.6 湿空气10

1.2.1 基本知识11

1.2 热力学基本定律11

1.2.2 势力学第一定律13

1.2.3 热力学第二定律14

1.3 气体的热力性质图15

1.4 获得低温的方法17

1.4.1 节流膨胀效应17

1.4.2 气体的等熵膨胀19

1.4.3 节流与等熵膨胀的比较19

1.5 气体液化循环20

1.5.1 气体液化的理想循环和理论最小功20

1.5.2 利用节流效应为基础的循环21

1.5.3 以等熵膨胀为基础的循环23

第2章 空气分离原理及精馏塔28

2.1 空气的组成及溶液的基本知识28

2.1.1 空气的组成28

2.1.2 溶液的基本知识28

2.1.3 溶液的基本定律30

2.1.4 氧、氮混合物的汽液平衡及平衡图的应用32

2.2 空气的精馏过程及设备37

2.2.1 空气分离的基本原理37

2.2.2 空气的蒸发与冷凝过程37

2.2.3 空气的精馏40

2.2.4 单级精馏塔和双级精馏塔42

2.2.5 精馏设备45

2.3 精馏过程的基本知识53

2.3.1 双级精馏塔的理论塔板数图解(二元系)53

2.3.2 氧-氩-氮三元系精馏过程计算56

2.3.3 精馏塔板效率60

2.4 氩的提取62

2.4.1 稀有气体在精馏塔内的分布62

2.4.2 氩的提取63

3.1.2 空分设备中换热器的类型65

3.1.1 热传递及换热器在空气分离设备中的应用65

第3章 传热原理及设备65

3.1 概述65

3.2 传热基本原理66

3.2.1 热量传递的三种基本方式66

3.2.2 传热方程69

3.3 流体流动与对流放热76

3.3.1 流体流动状态76

3.3.2 影响对流放热的因素77

3.3.3 管内受迫对流放热准则方程式77

3.3.4 流体横掠管束受迫流动时的放热系数79

3.3.5 换热器的流动阻力80

3.4 盘管式换热器81

3.4.1 管式换热器的特点81

3.4.2 盘管式换热器的结构81

3.4.3 间壁式换热器热力设计原理82

3.5 列管式换热器86

3.5.1 冷凝蒸发器典型结构86

3.5.2 液氧在管内沸腾特征87

3.5.3 气氮在管外冷凝放热88

3.5.4 管外液氧蒸发与管内气氮冷凝89

3.6.2 板翅式换热器基本结构92

3.6 板翅式换热器92

3.6.1 板翅式换热器的特点92

3.6.3 板翅式换热器的制造94

3.6.4 板翅式换热器传热95

3.7 强化传热研究和工程上应用97

3.7.1 无相变对流放热强化98

3.7.2 相变对流放热强化98

3.7.3 热管99

4.2 固体杂质的净除101

4.1 概述101

第4章 原料气净化原理及设备101

4.3 吸附法净化空气104

4.3.1 吸附的基本原理104

4.3.2 吸附剂107

4.3.3 吸附剂用于原料气净化109

4.4 吸附设备112

4.4.1 常温空气纯化设备--吸附器112

4.4.2 干燥器113

4.4.3 低温乙炔吸附器113

4.5.1 吸附器的设计实例114

4.5 吸附器的设计和运行114

4.5.2 空气净化设备流程及运行操作116

4.6 变压吸附法在空气分离中的应用117

第5章 空气分离设备的流程119

5.1 空气分离流程的特点119

5.1.1 冷量损失119

5.1.2 冷量的生产120

5.1.3 空气的净化120

5.1.4 空气的预冷121

5.1.5 精馏系统的组织122

5.2 空分流程简介123

5.2.1 基本工艺过程和系统123

5.2.2 一次节流的高压流程125

5.2.3 带膨胀机的高压流程125

5.2.4 中压流程126

5.2.5 制氮流程132

5.2.6 带外冷源的流程134

5.2.7 新系列小型空分设备流程136

5.3 流程基本参数的确定140

5.3.3 主冷凝蒸发器温差的确定141

5.3.2 跑冷损失的确定141

5.3.1 膨胀机产冷量的确定141

5.3.4 空分设备的物料及组分平衡142

5.3.5 热交换器的热量平衡及△h-T图143

5.3.6 精馏塔的热量平衡144

5.3.7 克劳特循环中空气压力、膨胀机进气温度、膨胀量间的关系145

第6章 活塞式压缩机147

6.1 活塞式压缩机的工作原理147

6.1.1 活塞式压缩机的工作过程147

6.1.2 活塞式压缩机的理想循环148

6.1.3 活塞式压缩机的实际工作循环149

6.2.1 多级压缩的依据150

6.1.4 实际循环进气量150

6.2 多级压缩150

6.2.2 压力比分配152

6.3 活塞式压缩机的热力性能参数153

6.3.1 排气量153

6.3.2 排气压力155

6.3.3 排气温度155

6.3.4 功率和效率156

6.4 活塞式压缩机变工况工作及排气量调节157

6.4.1 压缩机变工况工作157

6.4.2 压缩机排气量的调节159

6.5 压缩机的基本部件及辅助设备160

6.5.1 活塞式压缩机的总体结构及其特点160

6.5.2 压缩机的主要零部件161

6.5.3 压缩机构的主要零部件165

6.5.4 压缩机辅助设备170

6.5.5 压缩机的润滑系统171

6.5.6 无油润滑压缩机结构特点172

6.6 提高压缩机运转可靠性措施174

6.6.1 提高压缩机活塞环、导向环运转寿命的措施174

6.6.2 改善压缩机的运转条件176

第7章 膨胀机178

7.1 概论178

7.1.1 膨胀机的用途和特点178

7.1.2 膨胀机的分类179

7.2 透平膨胀机基本概念和基本方程式180

7.2.1 膨胀过程和反击度180

7.2.2 连续性方程式181

7.2.3 膨胀过程能量方程式181

7.2.4 动量矩方程式182

7.3.1 蜗壳中气体的流动183

7.3 透平膨胀机通流部分的工作原理183

7.3.2 气体在导流器中的流动184

7.3.3 无叶导流器的工作原理185

7.3.4 气体在叶轮中的流动186

7.3.5 气体在径向间隙中的流动186

7.3.6 气体在扩压管中的流动187

7.4 透平膨胀机的损失和效率187

7.4.1 在焓-熵图上的膨胀过程187

7.4.2 透平膨胀机的损失187

7.4.3 透平膨胀机的效率188

7.4.4 透平膨胀机的性能与参数189

7.5 透平膨胀机的结构190

7.5.1 透平膨胀机的结构特点190

7.5.2 主要元件的结构190

7.5.3 透平膨胀机机组196

7.5.4 透平膨胀机的典型结构197

7.6 中、高压透平膨胀机198

7.6.1 中、高压透平膨胀机的工作特点198

7.6.2 中、高压透平膨胀机结构型式198

7.7 透平膨胀机的特性和调节203

7.7.1 透平膨胀机的特性203

7.7.2 调节方法204

7.7.3 调节方法的比较207

7.8.1 透平膨胀机的装配208

7.8.2 透平膨胀机的试验208

7.8 透平膨胀机的试验、操作及故障处理208

7.8.3 透平膨胀机的操作要点209

7.8.4 透平膨胀机的正常维护和检修210

7.8.5 透平膨胀机的常见故障及消除方法211

7.9 活塞膨胀机的工作原理及过程212

7.9.1 工作原理212

7.9.2 工作过程212

7.10.1 在T-s图上的膨胀过程215

7.10 活塞膨胀机的效率与冷量损失215

7.10.2 活塞膨胀机的冷量损失216

7.10.3 活塞膨胀机的效率和总制冷量218

7.10.4 主要参数对活塞膨胀机性能指标的影响220

7.11 活塞膨胀机结构222

7.11.1 活塞膨胀机结构特点222

7.11.2 活塞膨胀机总体结构222

7.11.3 主要零部件的结构225

7.12 活塞膨胀机的配气机构227

7.12.1 膨胀机的气阀机构228

7.12.2 气阀传动机构231

7.12.3 活塞膨胀机的冷量调节机构232

7.13 活塞膨胀机的安全机构234

第8章 往复式低温液体泵236

8.1 往复式低温液体泵工作原理236

8.1.1 低温往复泵的工作原理236

8.1.2 工作特点237

8.2 往复式低温流体泵的主要性能参数238

8.2.1 流量238

8.2.3 吸入压力241

8.2.2 排出压力241

8.2.4 功率和效率242

8.3 低温往复泵的结构242

8.3.1 液力端的典型结构242

8.3.2 流体阻尼器245

8.3.3 吸入阀和排出阀246

8.4 安装、操作及故障249

8.4.1 安装注意事项249

8.4.2 操作249

8.4.3 故障及其处理250

9.1 空气分离产品及其输送系统251

9.1.1 空气分离产品及其质量标准251

第9章 空气分离产品输送系统251

9.1.2 用氧分类及用氧条件253

9.1.3 氧气站(厂)空气分离设备选型254

9.1.4 供氧系统257

9.1.5 氮气的主要用户和供氮系统263

9.2 输送系统设备的选用264

9.2.1 贮气器和缓冲罐的选用264

9.2.2 充气台及钢瓶267

9.2.3 液氧贮存系统设备267

10.1.1 弹簧管压力表271

10.1 压力测量仪表271

第10章 空分生产过程的检测271

10.1.2 液柱式压力计274

10.2 气体流量的测量275

10.2.1 充瓶计量方法275

10.2.2 孔板流量计275

10.2.3 转子流量计277

10.3 温度测量仪表278

10.3.1 测温元件278

10.3.2 温度显示仪表280

10.4.1 低温玻璃液面计281

10.4 液面测量仪表281

10.3.3 多点切换开关281

10.4.2 翻板液面计282

10.4.3 差压式液面计283

10.5 转速记录仪284

10.6 物流成分分析仪284

10.6.1 化学吸收式气体分析仪284

10.6.2 磁导式氧分析仪285

10.6.3 热导式氩分析仪286

10.6.4 氧化锆氧分析仪287

10.6.5 电导式成分分析仪287

10.7.1 氧气分析288

10.7 气体分析检验288

10.7.2 氮气分析(氮中氧分析)290

10.7.3 二氧化碳分析294

10.7.4 乙炔的分析295

10.7.5 油的分析297

10.7.6 水分的分析299

10.7.7 气相色谱法301

10.8 能量测量仪表302

11.1.2 活塞式膨胀机的启动准备304

11.1.1 活塞式空压机的启动准备304

11.1 启动前的准备工作304

第11章 小型空分设备的操作方法304

11.1.3 空分塔及辅助设备的启动准备305

11.2 成套空分设备的启动步骤306

11.2.1 空压机的启动306

11.2.2 空分塔和膨胀机的启动306

11.2.3 氧压机的开车准备及启动308

11.3 空分设备启动过程的调整方法309

11.3.1 压力的调节310

11.3.3 液面的控制311

11.3.2 温度及温差的调节311

11.3.4 流量的调节312

11.3.5 纯度的调节313

11.4 主要控制机构的作用及操作方法314

11.4.1 节流阀314

11.4.2 膨胀机凸轮(气量调节器)317

11.4.3 氧氮排出阀318

11.4.4 高压空气截止阀和冷角式弯阻阀318

11.5 正常运转的维护及变工况操作319

11.5.1 空压机的正常维护319

11.5.2 空分塔的正常运转要领319

11.5.3 膨胀机的维护320

11.5.4 氧压机正常运转的维护321

11.5.5 充氧台操作注意事项321

11.6 变工况操作322

11.6.1 间断制氧322

11.6.2 生产部分液氧时的操作323

11.6.3 生产部分液氮时的操作323

11.6.4 暂停膨胀机的操作324

11.6.5 临时停车、紧急停车及恢复生产324

11.7.1 成套空分设备的正常停车325

11.7 空分设备的停车及加温吹除325

11.7.2 空分塔的加温吹除326

11.7.3 空分塔的吹除326

11.8 空分设备运转时的故障及其排除327

11.8.1 空分塔常见故障及其排除方法327

11.8.2 活塞膨胀机的故障及其排除方法330

11.8.3 活塞式压缩机的故障及其排除方法330

11.8.4 电动机故障335

第12章 空分设备的检修336

12.1 制氧设备的脱脂336

12.1.1 脱脂物料336

12.1.2 脱脂工艺和规定338

12.1.3 空分设备脱脂周期340

12.1.4 与氧接触的设备、机器和管道的脱脂340

12.2 制氧设备的修理343

12.2.1 空分塔的修理343

12.2.2 阀门的修理347

12.2.3 空分塔的计划预防性检修348

12.3 机器的修理349

12.3.1 活塞式压缩机检修349

12.3.2 活塞膨胀机的检修354

12.4 封存和启封356

12.4.1 封存和启封的一般要求357

12.4.2 机器的封存和启封357

12.4.3 设备的封存和启封358

第13章 安全技术359

13.1 空分设备的防爆359

13.1.1 空分设备的爆炸事故359

13.1.2 发生爆炸的原因360

13.1.3 防爆措施361

13.1.4 高压氧气管道的燃烧事故及防止措施364

13.2.2 活塞式空气压缩机的安全技术365

13.2.1 总则365

13.2 空分设备运转时的安全技术365

13.2.3 活塞式氧压机的安全技术367

13.2.4 膨胀机的安全技术367

13.3 空分设备检修时的安全技术368

13.4 运用液化气体时的安全技术371

13.4.1 运用液化气体通则371

13.4.2 发生深冷冻伤时的急救措施372

13.4.3 液态氧使用特性372

13.4.4 液态氮使用特性373

13.5 钢瓶充装和输送时的安全技术374

13.4.5 含氧量低的大气对人体的生理作用374

13.6 脱脂时的安全技术377

附录380

附表1 常用气体的基本物理、化学常数380

附表2 空气内一些杂质气体的特性数据381

附表3 爆炸可燃气体的性质381

附图1 空气的T-s图382

附图2 空气的h-T图383

附图3 空气的h-s图384

参考文献385