內容簡介
《製氧技術(第2版)》全麵闡述瞭低溫法空氣分離製氧知識,共分為15章。書中介紹瞭氣體及溶液的熱力學基本規律;依照低溫法製氧機流程係統的劃分,逐章敘述瞭空氣液化原理及設備、空氣淨化原理及設備、傳熱原理及設備、精餾原理及設備,以及氣體壓縮機械、氣體膨脹機械、低溫液體泵儀錶及控製係統。同時也闡述瞭稀有氣體的生産。書中著重介紹瞭製氧機流程及操作原理,最後列舉瞭製氧機常見故障的分析處理方法。本版以現代低溫法製氧機的製氧技術為主,也保留瞭一些具有代錶性的流程和製氧技術。
《製氧技術(第2版)》可作為製氧行業技術人員和工人的培訓教材,也可供高等院校有關專業的師生參考。
內頁插圖
目錄
緒論
1 氣體
1.1 氣體的基本狀態參數
1.1.1 溫度
1.1.2 壓力
1.1.3 質量體積
1.2 氣體基本定律
1.2.1 理想氣體及其狀態方程
1.2.2 混閤氣體
1.2.3 實際氣體及其狀態方程
1.2.4 蒸氣
1.3 氧的性質
1.3.1 氧的物理性質
1.3.2 氧的化學性質
1.4 氮的性質
1.4.1 氮的物理性質
1.4.2 氮的化學性質
1.5 空氣的性質
1.5.1 空氣的組成
1.5.2 空氣的基本性質
2 熱力學基礎
2.1 熱力學常用的基本術語
2.1.1 係統與外界
2.1.2 狀態與狀態參數
2.1.3 過程與循環過程
2.1.4 可逆過程與不可逆過程
2.1.5 平衡
2.2 熱力學第一定律
2.2.1 功、熱量、熱功當量
2.2.2 熱力學能、焓
2.3 熱力學第二定律
2.3.1 熱力學第二定律的含義
2.3.2 熵
2.4 氣體的熱力性質圖
2.4.1 T-S圖
2.4.2 H-T圖
2.4.3 H-S圖
2.5 溶液熱力學基礎
2.5.1 溶液
2.5.2 溶液的基本定律
2.5.3 亥姆霍茲自由能、吉布斯自由焓
3 空氣的液化
3.1 獲得低溫的方法
3.1.1 氣體的節流
3.1.2 壓縮氣體作外功製冷
3.1.3 節流膨脹與等熵膨脹的比較
3.2 氣體液化循環的性能指標
3.2.1 正嚮循環、熱效率
3.2.2 逆嚮循環、製冷係數
3.2.3 氣體液化的最小功
3.2.4 實際液化循環的性能指標
3.3 以節流為基礎的循環
3.4 以等熵膨脹與節流為基礎的循環
3.5 卡皮查循環
3.6 海蘭德循環
4 空氣的淨化
4.1 固體雜質的淨除
4.1.1 過濾除塵原理及性能指標
4.1.2 空氣過濾器
4.2 化學法淨化空氣
4.2.1 化學法除水
4.2.2 化學法除二氧化碳
4.3 自清除
4.3.1 飽和與未飽和
4.3.2 空氣中二氧化碳的飽和
4.3.3 不凍結條件
4.3.4 保證自清除的最大允許溫差
4.3.5 保證自清除措施
4.3.6 切換式換熱器的切換周期
4.3.7 自清除理論的評述
4.4 吸附法
4.4.1 吸附
4.4.2 吸附劑
4.4.3 吸附機理
4.4.4 吸附器
4.5 分子篩純化係統
4.5.1 分子篩純化係統組織
4.5.2 分子篩純化器
4.6 分子篩純化器的使用及節能
4.6.1 對吸入空氣的要求
4.6.2 再生操作條件的確定
4.6.3 雙層床吸附器
4.6.4 加熱器及節能
5 空分的換熱設備
5.1 傳熱基本方式
5.1.1 導熱傳熱
5.1.2 r流傳熱
5.1.3 輻射傳熱
5.2 I司壁式換熱器的傳熱
5.2.1 傳熱基本方程式
5.2.2 傳熱的實際計算
5.2.3 化傳熱的措施
5.2.4 低溫換熱器的特點
5.3 闆翅式換熱器
5.3.1 闆翅式換熱器的特點
5.3.2 闆翅式換熱器的結構
5.3.3 闆翅式換熱器的組閤及製造
5.3.4 :i黽過翅片的傳熱
5.3.5 闆翅式主熱交換器
5.4 蓄冷器
5.4.1 蓄冷器的結構
5.4.2 蓄冷器的溫度工況
5.5 冷凝蒸發器
5.5.1 液氧沸騰傳熱
5.5.2 氣氮冷凝
5.5.3 主冷的傳熱溫差
5.5.4 主冷凝蒸發器的結構
5.6 氮水預冷器
5.7 其他換熱器
5.7.1 過冷器
5.7.2 氬係統中的換熱器
6 空氣的分離
6.1 空氣分離最小功
6.2 氣液相平衡
6.2.1 氣液相平衡機理
6.2.2 氧、氮混閤物氣液相平衡狀態及其應用
6.3 空氣的精餾
6.3.1 空氣的簡單蒸發和簡單冷凝過程
6.3.2 空氣的部分蒸發和部分冷凝
6.3.3 空氣的精餾過程
6.4 單級精餾塔與雙級精餾塔
6.4.1 單級精餾塔
6.4.2 雙級精餾塔
6.5 雙級精餾塔的物料平衡和能量平衡
6.5.1 下塔的物料平衡與能量平衡
6.5.2 上塔的物料平衡與能量平衡
6.5.3 全塔的物料平衡與能量平衡
6.6 氧.氮二元係精餾計算
6.6.1 精餾塔塔闆上的工作過程
6.6.2 上塔的操作方程及理論塔闆數
6.6.3 液空進料口位置的確定
6.6.4 全塔效率及闆效率
6.6.5 逐闆計算法
6.6.6 迴流比對精餾工況的影響
6.7 篩闆塔
6.7.1 篩闆塔的典型結構
6.7.2 篩闆塔的氣液流動工況及主要參數選擇
6.7.3 篩闆塔的闆間距
6.8 填料塔
6.8.1 填料
6.8.2 填料塔的流動工況
6.8.3 填料塔的傳質規律
6.8.4 填料層高度的確定
6.8.5 填料塔塔內件
……
7 活塞式壓縮機
8 離心式壓縮機
9 低溫液體泵
10 膨脹機
11 製氧流程
12 空分的稀有氣體提取
13 製氧機的過程檢測與自動控製
14 製氧機操作
15 製氧機的安全及故障診斷
附錄
參考文獻
精彩書摘
1 氣體
物質通常以氣態、液態、固態存在。每種物質根據外界條件(溫度與壓力)的不同可處於其中的任一狀態。空氣、氧氣、氮氣、氬氣在環境溫度及大氣壓下都是氣體,當所處條件發生變化時,物質由一種狀態將轉變為另一種狀態,這種狀態轉變過程稱作“相變”。在相變過程中通常都伴隨著熱效應的發生。
1.1 氣體的基本狀態參數
物質狀態參數是描寫物質在每一聚集狀態特性的物理量。換言之,物質的每一狀態都有確定數值的狀態參數與之對應,隻要有一個狀態參數發生變化,物質的狀態就相應地發生改變。描述氣體狀態的基本參數有溫度、壓力和質量體積等。
1.1.1 溫度
溫度可以錶示物質的冷、熱程度。從分子運動論觀點看,溫度是物質分子熱運動平均
動能的度量,溫度越高,分子熱運動的平均動能就越大。
測量某物質的溫度,當然要以數值加以錶示,從而比較齣物質間酌溫度差異,而溫度的數值錶示是通過“溫標”來實現的,所以“溫標”就是衡量物質溫度的標尺。“溫標”規定瞭溫度的起始點(即零點)和測量溫度的基本單位。由於所選用的測溫方法以及定義的起始點的不同,而産生瞭各種不同“溫標”,現將目前常用的幾種溫標介紹如下:
(1)攝氏溫標(t)。這種溫標應用得最早而且最廣。它選用溫標的物理基礎是汞的體積隨溫度升高發生綫性膨脹,分度的方法是規定在標準大氣壓下純水的冰點是攝氏0度,沸點為100度,而把汞在這兩點的液柱長度分為100等分,每一等分代錶攝氏1度,用符號℃標記。
前言/序言
進入21世紀以來,隨著我國國民經濟的高速發展,我國的製氧行業已有長足的進步,與國外的先進製氧技術的差距越來越小,真是可喜可賀!
隨著鋼鐵冶金、化工,尤其是煤化工等行業對氧氣、氮氣等空分産品需求的增長,製氧機已嚮大型化、超大型化方嚮發展,國內超大型製氧機已達到90000m3/h等級。製氧的新技術新工藝層齣不窮,低溫法製氧流程已達到第六代新流程全麵普及的程度。
《製氧技術》(第1版)一書在問世後的十多年間,受到瞭業界讀者的關注和歡迎,作為編者,我深感欣慰,並由衷地錶示感謝!與此同時也感知到第1版的《製氧技術》已不能滿足製氧技術發展的要求,我在現場授課的過程中深切地體會到製氧行業廣大工作人員對新製氧技術的渴求之情,這驅使我提筆再編《製氧技術》(第2版),以盡自己微薄之力,為製氧行業的發展再做點貢獻!
本書是在《製氧技術》(第1版)的基礎上,以現代製氧第六代流程為主綫,以更新技術內容為宗旨而編寫的,但仍保持原書的框架。全書共分15章,每章都增加瞭新技術、新設備等內容。譬如:第3章空氣的淨化以分子篩吸附淨化為主;第6章空氣的分離除篩闆塔外,增加瞭規整填料及規整填料塔等內容;第11章製氧流程,刪除瞭切換式換熱器流程,全章圍繞著現代製氧的外壓縮和內壓縮流程加以分析和闡述;第12章稀有氣體的提取全麵介紹無氫製氬技術;第13章製氧機的過程檢測與自動控製,從工藝的角度詮釋瞭製氧機新的集散控製係統(DCS)等。
本書力求保持《製氧技術》(第1版)理論聯係實際的特點。編寫過程中吸收瞭近十多年來在各廠舉辦培訓班中廣大學員豐富的實踐經驗,力求用理論知識去解決實際問題,這方麵尤其體現在第14章製氧機操作和第15章製氧機故障診斷,以期望提高讀者理論聯係實際解決問題的能力。
飛天攬月:現代航天動力學與推進係統前沿探索(第3版) —— 一部全麵解析未來星際旅行核心技術的權威巨著 引言:跨越地錶的渴望與徵途 自古以來,人類對浩瀚星空的嚮往從未停歇。進入二十一世紀,航天事業已不再是遙不可及的夢想,而是關乎國傢安全、科技前沿和人類文明存續的戰略核心。然而,要實現更遠、更快、更經濟的太空探索,關鍵瓶頸始終集中在如何高效地“推開”地球的引力,並精確地在無垠的宇宙中導航與機動。 《飛天攬月:現代航天動力學與推進係統前沿探索(第3版)》正是為應對這一挑戰而誕生的裏程碑式著作。本書匯集瞭全球頂尖航天機構和高校的最新研究成果,深度剖析瞭驅動人類進入深空、建立地外基地的核心動力技術體係。它不僅僅是一本教科書,更是一部麵嚮未來五十年的技術路綫圖,為新一代航天工程師、科研人員以及政策製定者提供瞭堅實的理論基礎和前瞻性的實踐指導。 第一部分:航天動力學基礎與軌道環境建模(精修與深化) 本部分對傳統軌道力學進行瞭批判性的審視和拓展,重點融入瞭高精度非保守力學和復雜多體擾動的影響分析。 第一章:廣義動力學框架的重構 深入探討瞭在太陽係不同區域(如行星際空間、小行星帶)下,牛頓萬有引力定律的修正模型。重點分析瞭相對論效應在超遠距離精確導航中的貢獻,以及如何利用拉格朗日點(L Points)的穩定與半穩定特性進行高效空間站部署。 第二章:復雜軌道設計與優化 詳細闡述瞭低推力機動(Low-Thrust Maneuvers)的數值優化算法,包括基於龐特裏亞金最大值原理的軌跡規劃。特彆引入瞭共振軌道的設計技術,用以最小化燃料消耗,同時保持對特定天體的周期性觀測能力。內容涵蓋瞭月球轉移軌道(LTO)、火星近地捕獲軌道(MCC)的實時迭代解算。 第三章:空間碎片與環境耦閤分析 本章全麵更新瞭近地軌道(LEO)乃至中地球軌道(MEO)的環境模型,加入瞭對微小流星體撞擊概率的濛特卡洛模擬。核心內容聚焦於“太空交通管理”(STM)中的動力學預測模塊,如何通過軌道控製主動規避碎片,確保衛星群體的長期生存能力。 第二部分:化學推進係統的極限突破與增效技術 雖然化學火箭是目前最成熟的推進方式,但其低比衝的固有缺陷限製瞭深空任務的載荷能力。本部分聚焦於如何通過材料科學和燃燒理論的革新,榨乾化學能的最後一滴潛力。 第四章:高能密度推進劑的存儲與安全 詳細分析瞭液態甲烷(LOX/LCH4)和液態氫氧(LOX/LH2)推進劑的密度補償技術和超低溫存儲挑戰。新增章節詳細論述瞭固態脈衝推進劑的失重環境下的點火可靠性研究,特彆是如何通過先進的微波或激光引燃技術,解決低溫下的推進劑界麵問題。 第五章:先進燃燒室設計與熱管理 超越傳統的再生冷卻模式,本章重點介紹輻射冷卻噴管的設計原理,以及如何通過新型陶瓷基復閤材料(CMC)構建極端熱負荷下的高性能燃燒室。同時,深入探討瞭分級燃燒循環(Staged Combustion Cycle)在應對高壓比和高推力需求時的流體動力學優化。 第六章:模塊化與重復使用推進係統 針對商業航天對快速周轉的需求,本章闡述瞭發動機的快速檢測、在綫診斷(Health Monitoring)技術。內容包括基於傳感器融閤的智能故障預測算法,以及如何通過模塊化設計(如可更換噴口組件)實現現場快速維修,極大地提高瞭復用火箭的運營效率。 第三部分:電推進與等離子體推進的深空引擎 電推進技術因其極高的比衝($I_{sp}$)而被視為深空探索的必然選擇。本部分聚焦於離子推進器、霍爾推進器以及新興的等離子體推進器的工程實現與尺度放大。 第七章:高功率密度離子推進器 詳細介紹瞭先進的格裏德(Gridded Ion Thruster)技術,特彆是如何利用虛擬屏柵技術來抑製二次離子濺射和延長柵極壽命。分析瞭在兆瓦級功率下,如何解決大規模散熱和高能離子束流的精確整形問題。 第八章:磁約束等離子體推進(MPD與VASIMR) 本書對磁等離子體動力學進行瞭深入的理論建模。重點剖析瞭可變比衝磁等離子體火箭(VASIMR)中的射頻加熱機製,如何通過精確調控等離子體的密度和溫度,實現推力與比衝的動態平衡,以適應任務的不同階段需求。 第九章:新型非熱推進概念探索 本章收錄瞭前沿研究領域,包括磁帆推進(Magsail)在太陽風中的應用潛力,以及利用微波等離子體進行無工質機動的初步理論驗證。這些概念為實現太陽係際旅行提供瞭非化學/非電力的替代方案。 第四部分:新興與概念性推進技術展望 深空任務的終極目標是縮短旅行時間,這需要革命性的物理突破。本部分探索瞭超越傳統火箭方程的理論前沿。 第十章:核能熱火箭(NTR)與核電推進(NEP) NTR被認為是人類重返月球和登陸火星的最快途徑。本章詳盡分析瞭固體核心NTR和液體核心NTR的反應堆安全設計、燃料封裝技術(如UC核燃料球技術),以及高溫流體動力學對推力室性能的影響。NEP方麵,探討瞭兆瓦級裂變反應堆在空間部署的輻射屏蔽要求和熱電轉換效率優化。 第十一章:聚變推進的工程化挑戰 本書首次將磁約束聚變推進係統從純理論推演帶入工程可行性分析。重點分析瞭D-3He和D-T聚變反應在推進任務中的優勢,以及如何利用磁噴管(Magnetic Nozzle)技術,將高能聚變産物轉化為有效的推力矢量。 第十二章:超越經典物理學的推力概念 本章對當前備受爭議但潛力巨大的概念進行瞭嚴謹的科學評估,包括麯速場理論(Warp Drive Theory)的數學基礎檢驗,以及對慣性驅動(Inertial Propulsion)實驗結果的動力學解釋與限製條件分析。旨在引導讀者以批判性的科學態度對待這些“突破性”技術。 結論:邁嚮星際時代的引擎製造者 《飛天攬月》以其前所未有的廣度和深度,為讀者構建瞭一個完整的現代航天動力技術知識體係。它不僅揭示瞭當前火箭、離子推進器和核動力係統的工程極限,更重要的是,它為下一代探索者指明瞭通往恒星際旅行的理論基石。掌握本書內容,即是掌握瞭人類徵服太陽係,乃至更遠未來的核心鑰匙。 目標讀者: 航天工程師、航空宇航專業的本科生、研究生、空間任務規劃師、國防科研人員以及所有對未來太空探索技術抱有濃厚興趣的專業人士。