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第三篇 深冷法液化分离气体的基本原理及主要设备设计 1

第一章 制冷原理 1

第一节 获得低温和冷量的主要方法 1

一、气体节流 1

二、气体作外功的绝热膨胀 6

第二节 深度冷冻循环 9

一、气体液化的理想循环 9

二、实用的浓度冷冻循环 12

三、气体回热式制冷机的循环 29

四、深冷循环的热力学分析 36

第三节 冷量损失 39

一、正常冷量损失 40

二、启动冷量损失 41

参考文献 41

第二章 换热器设计 43

第一节 换热器传热设计基础 43

一、常用传热准数 43

二、传热计算基本公式 45

第二节 管式换热器设计 50

一、管式换热器概述 50

二、管式换热器传热计算 52

三、管式换热器阻力计算 60

四、管式换热器结构计算 62

第三节 板翅式换热器设计 71

一、板翅式换热器概述 71

二、板翅式换热器结构计算 78

三、板翅式换热器传热计算 79

四、板翅式换热器阻力计算 82

五、板支式换热器设计顺序 83

六、可逆式换热器及其切换时间计算 86

第四节 蓄冷器设计 89

一、蓄冷器概述 89

二、蓄冷器传热计算 95

三、蓄冷器阻力计算 96

四、蓄冷器的自清除 97

五、蓄冷器切换时间计算 100

参考文献 111

第三章 气体分离设备设计 113

第一节 分凝过程计算 113

一、混合物的露点、泡点方程 113

二、液体混合物的节流计算 114

三、顺流冷凝与逆流冷凝 115

四、冷凝蒸发塔计算 119

第二节 精馏塔设计 122

一、理论塔板数计算 122

三、塔及其零件尺寸的计算 168

二、实际塔板数--精馏塔的效率 168

第三节 洗涤塔设计 187

一、概述 187

二、液氮洗涤塔计算 188

第四节 吸附器设计 196

一、气体混合物吸附分离法概述 196

一、吸附器设计计算 200

参考文献 213

三、氧、氮的应用 215

二、氧气标准 215

一、空气的组成 215

第一节 概述 215

第一章 空气分离装置 215

第四篇 气体分离的工业装置 215

四、装置分类 216

五、发展简况 216

第二节 空气的净化 217

一、机械杂质的脱除 217

二、水分、二氧分碳、乙炔的脱除 219

第三节 典型装置流程 222

一、高压装置 222

二、中压装置 222

三、低压装置 224

一、换热器 228

第四节 主要设备 228

二、精馏塔 239

第五节 技术规格 243

一、制取氧气和氮气的空分装置 243

二、制取液氧、液氮的空分装置 246

参考文献 247

第二章 提取稀有气体的装置 248

第一节 概述 248

一、稀有气体产品规格 248

二、稀有气体的用途 249

第二节 氩的提取 249

一、空气中提氩 250

二、合成氨尾气中担提氩 257

第三节 氖和氦的提取 261

一、空气中提取氖和氦 261

二、合成氨尾气中提取氦 266

三、天然气中提取氦 270

四、其他气源中提取氦 276

第四节 氪和氙的提取 277

一、空气中提取氪和氙 277

二、合成氨尾气中提取氪和氙 283

三、核反应堆的裂变气中提取氪和氙 284

一、氮的清除 287

第五节 高纯及超纯稀有气体的制备 287

二、氧的清除 288

三、氢的清除 288

四、高纯及超纯稀有气体的制备 289

第六节 稀有气体稳定同位素的低温分离 292

一、同位素的组成 292

二、同位素的低温分离 292

参考文献 294

第三章 焦炉气，水煤气分离装置 297

第一节 概述 297

一、气体的组成 297

三、发展简况 298

二、合成氨对氢氮混合气的要求 298

第二节 原料气的预净化 299

一、二氧化碳的脱除 299

二、一氧化氮的脱除 301

第三节 焦炉气、水煤气分离的工业装置 303

一、节流型焦炉气分离装置 303

二、JFS-8500型焦炉气分离装置 306

三、KFDS-29300/11500型空分氮洗联合装置 310

四、深冷净化装置 313

参考文献 315

二、产品用途及规格 316

一、原料气的组成 316

第一节 概述 316

第四章 石油气分离装置 316

三、流程分类 317

四、发展简况 321

第二节 原料气的净化 321

一、酸性气体的脱除 321

二、水分的脱除 322

三、乙炔的脱除 322

第三节 石油气分离装置流程 323

一、3.5×104［吨乙烯/年］石油气分离装置 323

三、30×104［吨乙烯/年］石油气分离装置 324

二、11.5×104［吨乙烯/年］石油气分离装置 324

第四节 主要设备 325

一、脱甲烷塔 325

二、冷箱 328

参考文献 329

第五章 重氢分离装置 330

第一节 概述 330

一、氢同位素简介 330

二、原料气的组成 330

三、重氢分离及分类 331

四、发展简况 331

一、净化方法简介 332

第二节 原料气的净化 332

第三节 重氢分离的典型装置 333

一、从电解氢中分离HD装置 333

二、低温净化法的应用 333

二、从合成氨原料气中分离HD装置 334

三、从合成氨原料气中分离D2装置 336

第四节 液氢精馏塔 338

一、型式 338

二、设计参数 338

第五节 安全技术 340

一、导出静电 340

二、消除固态氧 340

参考文献 341

三、置换、加温 341

第六章 气体的贮存和运输设备 342

第一节 灌充器和钢瓶 342

一、灌充器 342

二、钢瓶 342

第二节 贮气囊、柜和球形容器 345

一、贮气囊 345

二、贮气柜 345

三、球形容器 346

参考文献 346

一、液氢的特性及应用 347

第一节 概述 347

第五篇 气体的液化装置及极低温制冷设备 347

第一章 氢液化装置 347

二、发展简况 348

第二节 氢的液化 348

一、冷冻循环 348

二、正-仲氢的转化 349

第三节 氢液化装置 351

一、小型氢液化装置 351

二、中、大型氢液化装置 353

三、氢液化的安全防护 355

参考文献 357

第二章 氖液化装置 358

第一节 概述 358

一、液氖的特性及应用 358

二、发展简况 358

第二节 氖的液化 358

第三节 氖液化装置 359

一、小型氖液化装置 359

二、大型氖液化装置 360

参考文献 361

二、液氦的特性及应用 362

二、发展简况 362

第一节 概述 362

第三章 氦液化装置 362

第二节 氦的液化 363

一、冷冻循环 363

二、装置参数的选取 367

三、改善节流级的措施 369

第三节 氦液化装置 371

一、氦气的净化 371

二、微型氦液化装置 372

三、小型氦液化装置 373

四、中、大型氦液化装置 376

五、液氦的贮运 379

六、液化装置的绝热 379

七、装置的通用性 379

参考文献 381

第四章 天然气液化装置 383

第一节 概述 383

一、天然气的组成 383

二、液化天然气的特性及应用 383

三、发展简况 383

第二节 天然气的液化 384

一、基本负荷型天然气液化装置 385

第三节 天然气液化装置 385

二、高峰负荷型天然气液化装置 387

第四节 液化天然气加热使用时的冷量回收 388

一、基本负荷型液化装置液化天然气加热使用时的冷量回收 388

二、高峰负荷型液化装置液化天然气加热使用时的冷量回收 389

第五节 液化天然气贮槽因外热渗入而气化的气体的处理 389

一、直接输出使用或再液化 389

二、采用外冷循环再液化 389

参考文献 390

第一节 液化气体的贮存、运输设备 391

一、概述 391

第五章 液化气体的贮存、运输和气化设备 391

二、液氧、液氮和液氩的贮运设备 398

三、液氢、液氦的贮运设备 403

四、液化天然气的贮运设备 409

五、特殊容器 411

六、液化气体的输送管道 413

第二节 液化气体的的气化设备 417

一、高压气化器 417

二、低压气化器 418

参考文献 419

一、制冷原理 421

第二节 液体He3减压蒸发制冷器 421

二、发展简况 421

第一节 概述 421

第六章 极低温制冷设备 421

一、制冷方法 421

二、设备简介 422

第三节 He3-He4稀释制冷器 422

一、制冷原理 422

二、设备简介 423

第四节 He3液体压缩相变制冷器 424

一、制冷原理 424

二、设备简介 424

二、设备简介 425

第五节 氦涡流制冷器 425

一、制冷原理 425

第六节 顺磁性盐绝热去磁制冷器 426

一、制冷原理 426

二、设备简介 427

参考文献 428

第六篇 机器设备、管道阀门、测试仪表、低温绝热 429

第一章 机器设备 429

第一节 压缩机 429

一、概述 429

二、技术规格 430

一、概述 432

第二节 膨胀机 432

二、技术规格 438

第三节 低温液体泵 439

一、概述 439

二、技术规格 440

第四节 真空泵 440

一、概述 440

二、技术规格 441

参考文献 442

第二章 管道、阀门 444

第一节 管道 444

一、管径、壁厚 444

二、管道阻力 449

三、管道补偿 460

第二节 阀门、防爆膜 462

一、低温阀 462

二、真空阀 465

三、气瓶阀 466

四、防爆膜 467

参考文献 468

第三章 测试仪表 470

第一节 温度计 470

一、热电偶温度计 470

二、电阻温度计 474

三、压力表式温度计 477

第二节 流量计 478

一、节流式流量计 479

二、涡轮流量计 481

第三节 液面计 481

一、汉普逊液面计 481

二、差压计液面指示仪 483

三、电容液面计 483

第四节 真空计 484

一、热偶真空计 484

二、电离真空计 484

四、超高真空计 485

三、复合真空计 485

第五节 分析仪器 486

一、氧分析器 486

二、稀有气体分析器 486

三、氢氘分析器 486

四、甲烷、乙炔、一氧化碳、二氧化碳分析器 487

五、微量杂质分析器 487

参考文献 488

第四章 低温绝热 489

第一节 概述 489

一、低温绝热及分类 489

二、低温绝热发展简况 489

一、堆积绝热 490

第二节 绝热型式 490

二、高真空绝热 492

三、真空粉末绝热 495

四、真空多层绝热 499

第三节 热桥 503

一、热桥 503

二、减少热桥导热的一些措施 503

参考文献 504

第七篇 深冷工程常用材料 506

第一章 金属材料 506

第一节 低温下金属材料性能概述 506

一、铁素体钢 506

三、铜、铝及其合金 507

二、臭氏体钢 507

第二节 金属材料在深冷装置中的应用 508

一、对金属材料的要求 508

二、常用金属材料的应用举例 508

第三节 常用金属材料 509

一、碳素钢 509

二、低温钢 512

三、不锈耐酸钢 514

四、铜及铜合金 517

五、铝及铝合金 529

六、焊接材料 534

一、不锈钢 539

第四节 常用金属材料国内外牌号对照 539

二、铜及铜合金 540

三、铝及铝合金 540

参考文献 541

第二章 绝热材料 543

第一节 绝热材料的种类和要求 543

一、低温绝热材料的种类 543

二、对绝热材料的要求 543

第二节 常和绝热材料 543

一、 珠光砂 543

五、膨胀蛭石 544

四、软木 544

三、气凝胶 544

二、碳酸镁 544

六、硅藻土 545

七、矿渣棉 545

八、玻璃棉 545

九、石棉 545

十、泡沫塑料 545

十一、泡沫玻璃 547

十二、泡沫混凝土 547

第三节 真空多层绝热材料 547

一、铝箔 547

三、玻璃纤维布 548

二、涤纶薄膜 548

参考文献 549

第三章 其它材料 550

第一节 填料 550

一、石头 550

二、瓷环 551

三、钢环 551

第二节 吸附、过滤材料 551

一、分子筛 551

二、硅胶 552

五、素瓷管 553

四、活性炭 553

三、活性氧化铝 553

六、过滤网 554

第三节 润滑、密封材料 555

一、润滑油 555

二、真空封泥、蜡 555

三、聚四氟乙烯 555

四、石棉板 557

参考文献 558

附录：常用气体的着火温度、爆炸范围及工业卫生极限 559

1.常用气体的着火温度及爆炸范围 559

2.常用气体的工业卫生极限 560