空分基本常识与概念（二）
7、压力表示什么意义，常用什么单位？
答：单位面积上的作业力叫压力。对静止的气体，压力均匀的作用在与它相接触的容器（气瓶、储气罐）的壁面上；对于液体，由于液体本身受到重力的作用，底部的压力高于表面的压力，而且随深度的增加而增大。
按国家标准，力的单位为牛（N），面积的单位为m，则压力的单位为N/m，叫帕（Pa）。工程上应用此单位嫌太小，实际常用它的10倍，即1MPa=10Pa。
以前工程上习惯用大气压作为压力单位，并用液柱高度来测量压差。它与MPa的关系为：
1工程大气压（at）=1kgf/cm=0.098MPa≈0.1MPa
1标准大气压（atm）=760mmHg=1.033工程大气压=0.10133MPa
标准大气压目前是作为确定一些理化数据的基准压力，一般不作为压力的单位使用。工程大气压是作为压力的一种单位，一个工程大气压在数值上接近周围大气压产生的压力。
液柱高度表示液体在重力作用下的力（重量）对单位面积增加的压力。液柱产生的压力还与液体的密度（ρ）有关，计算公式为：
P=ρgh
1mmH2O产生的压力为：
1000kg/m×9.8m/s×0.001m=9.8Pa
1mmHg产生的压力为：13600kg/m×9.8m/s×0.001m=133.2Pa=13.6mmH2O
8、压力表测的压力是气体真正的压力吗？
答：压力表测量的压力数值反映压力的高低，但并不是实际的压力。根据压力表的工作原理，测得的压力是实际压力（绝对压力）与周围大气压力的差值。当实际压力高于大气压力时，测得的压力叫表压力。容器内工质本身的实际压力称为绝对压力。绝对压力应等于表压力加上大气压力：
绝对压力=表压力+大气压力
当实际压力低于大气压力时，测得的压力叫真空度，也叫负压。
绝对压力等于大气压力减掉真空度：
绝对压力=大气压力—真空度
由于大气压力近似等于0.1MPa,所以当压力较高时，表压力加上该数值就近似等于绝对 3326622压力。例如，下塔的表压力为0.48MPa,绝对压力为0.48MPa+0.1MPa=0.58MPa.
9、温度表示什么意义，常用什么单位？
答：通俗地说，温度反映物体冷热的程度。从本质上说，温度反映物质内部分子运动激烈的程度。温度降到一定程度，水可以变成固体，空气也可以变成液体。定量的表示温度的高低有不同的温标。最常用的是摄氏温标℃，取标准大气压下水的冰点为0℃，水的沸点为100℃。将其间分为100等分，每一等分为1度。低于冰点的温度则为负。例如，氧在标准压力下的液化温度为-182.8℃。
另一种温标为开尔文温标，也叫热力学温标，记为K。它与摄氏温标的分度相同，但零点不同。0℃相当于273.15K。即0K=-273.15℃。
他们的关系如下所示：
T(K)=t(℃)+273.15
t(℃)=T(K)-273.15
因此，采用开尔文温标，温度均为正值。
氧在标准大气压下的液化温度为-182.8℃，开尔文温度为：182.8+273.15=90.35K
10、什么叫饱和温度、饱和压力，它们与沸点、蒸发温度、冷凝温度等有什么样的关系？
答：饱和温度与饱和压力是气液平衡中的术语。如果在一密闭的容器中未充满液体，则部分液体分子将进入上部空间，称为“蒸发”。随着空间内蒸气分子数目增加，它所产生的蒸气压力也提高，到一定的时候，空间内的蒸气分子数目不再增加，此时，离开液体的分子数与从空间返回液体的分子数达到了动态平衡，也叫达到了“饱和状态”。这时蒸气所产生的压力叫“饱和压力”。对同一种物质，饱和压力的高低与温度有关。温度越高，分子具有的能量越大，越容易脱离液体而气化，相应的饱和压力也越高。一定的温度，对应一定的饱和压力，二者不是独立的。因此，在饱和状态下，饱和压力所对应的温度也叫“饱和温度”。通常可从手册中查到各种物质的饱和温度与饱和压力的关系。
平常见到的水在空气中的气化过程可分为蒸发和沸腾两类。蒸发是在水的表面进行，沸腾是在液体内部同时发生气化的过程。在一定的压力下，当液体温度升高到产生沸腾时的温度叫“沸点”。
对纯物质来说，蒸发与沸腾没有本质的区别，沸点也叫“蒸发温度”。例如密闭在定压容器内的液体进行加热时，开始液体的温度t低于沸点ts，全部处于液态，叫过冷液体；当对液体加热温度升高到沸点时，液体将开始气化，叫饱和液体；在气化阶段，蒸气的数量不断增加，温度维持沸点不变，直至液体全部气化成蒸气，叫饱和蒸气。在气化阶段容器内的气液具有相同的温度。沸点与压力的关系，和饱和温度与饱和压力的关系相同。
因此，沸点就是同样压力下的饱和温度。二者具有相同的意义，只是不同的说法。把气液共存的状态叫处于饱和状态。对饱和蒸气继续加热，蒸气的温度才升高，超过饱和温度，叫过热蒸气。
冷凝过程是蒸发的反过程。对纯物质，冷凝温度也叫液化温度，它等于相同压力下的蒸发温度。饱和温度则可将二者统一起来。
11、什么叫临界温度、临界压力？
答：对同一种物质来说，较高的饱和压力对应较高的饱和温度。提高压力则可以提高液化温度，使气体变得更容易液化。即在一定温度下，可以提高提高压力来使它液化。但是，对每一种物质来说，当温度超过某一数值时，无论压力提的多高，也不可能再使它液化。这个温度叫“临界温度”。临界温度是该物质可能被液化的最高温度。与临界温度对应的液化压力叫临界压力。
不同的物质具有不同的临界温度和临界压力，如下表所示。
部分物质的临界温度和临界压力：
在临界温度及临界压力下，气态与液态已无明显差别，超过临界压力时，温度降至临界温度以下就全部变为液体，没有相变阶段和相变潜热。反之的气化过程也相同。
对内压缩流程，液氧在装置内压缩到所需的压力后在高压热交换器中复热气化。如果液氧的压缩压力低于临界压力（例如炼钢用氧压3.0MPa），则在热交换器的气化过程中，有一段吸收热量、温度不变的气化阶段，然后才是气体温度升高的过热阶段；如果液氧的压缩压力高于临界压力（例如化学工业用氧压力6.0MPa或更高），则在热交换器的气化过程中，没有一个温度不变的气化阶段。这将影响高压热交换器的传热性能，在设计时需要充分考虑。
12、什么叫分压力？
答：由几种不同的气体均匀地混合在一起，所组成的气体混合物叫“混合气体”。空气就是一种混合气体，组成混合气体的每一种成分叫“组分”。
在混合气体中，各种组分的气体分子分别占有相同的体积（即容器的总空间）和具有相同的温度。混合气体的总压力是各种分子对器壁产生撞击的共同作用结果。每一种组分所产生的压力叫分压力，它可看作在该温度下各组分分子单独存在于容器中时所产生的压力Pn.
实验证明，混合气体的总压力等于各组分的分压力Pn之和：
P=P1+P2+„„+Pn
13、什么叫绝对湿度？
答：由于水的不断蒸发，空气中总含有部分水蒸气。这种含有水蒸气的空气称为“湿空气”。一定体积的空气中含有水蒸气越多，空气就越潮湿；含有的水蒸气越少，空气就越干燥。因此，空气的干湿程度可以用每立方米空气中含有的水蒸气数量来表示，这叫空气的“绝对湿度”，单位为kg/m（或g/m）。
实际上要直接测定空气中的水蒸气含量比较困难。我们知道，水蒸气产生的分压力与其含量有关，是成正比关系。因此，也可以用空气中所含的水蒸气产生的分压力Pw(Pa)来表示空气的绝对湿度ρw(kg/m)。
它们的关系为：
ρw=Pw/(Rw×T)
式中Rw—水蒸气的气体常数，Rw=461.7J/(kg.K);
T—湿空气的温度，K。
14、什么是饱和含量？
答：空气中所能容纳是水蒸气含量是有一定限度的。当达到某一数值时，含量不能继续增多，多余部分会以液态水的状态析出。这个最大允许含量叫饱和含量。
在日常生活中我们可以看到，在密封容器中，水蒸发到一定程度就不再继续蒸发。这是因为在开始时，空间中水蒸气的分子数目较少，液体中有较多水分子可跑到空间中去，使空间的水蒸气分子数目增多。于此同时，也有一部分水蒸气分子会跑到液体中去。当离开液体的分子数目与回到液体中去的分子数目相等时，空间的蒸气分子数目不再增加，即蒸气的含量达到最大值。在饱和含量下蒸气分子所产生的分压力叫饱和分压力。在敞开的大空间内，当空气较潮湿时，衣服不易晾干，这也是因为空间中的水蒸气分子达到了饱和，即空气中水蒸气的分压力达到饱和分压力，湿衣服上水分无法再蒸发到空间中去的缘故。
随着温度的升高，分子运动的能量增加，有更多的分子可以脱离液体表面的引力而进入空间，变成蒸气，这就可使蒸发过程加剧。温度降低时则相反，分子运动的能量减少到一定程度，因互相吸引而冷凝成液体。所以，随着温度的升高，空气中能容纳的水蒸气越多。温度越高，所对应的水蒸气最大含量（饱和含量）也越大；在饱和含量时水蒸气所产生的分压力（饱和水蒸气压）也越高。它们之间有一一的对应关系，可通过实验测定。
15、什么叫相对湿度？
答：在许多实际问题中，即使绝对湿度相同，由于温度不同，对应的饱和含量也不同，即在空气中能容纳的水分数量也不同。因此，蒸发的快慢就不一样。为了能表示空气中水分，含量离饱和状态的远近，采用了相对湿度的概念。相对湿度是指每立方米空气中的水蒸气含量ρw(g/m)与当时温度下最大允许含量（饱和含量）ρs(g/m)之比，若用ψ表示相对湿度，则
ψ=（ρw/ρs）×100%
由于水蒸气的含量与它的分压力成正比，所以相对湿度也可以表示为空气中水蒸气的分压力Pw与当时温度下饱和水蒸气的分压力Ps之比。即：
ψ=（Pw/Ps）×100%
例如，空气的温度为8℃时，水蒸气的分压力Pw=800Pa(6mmHg),由数据表可查得8℃时的饱和水蒸气压力为Ps=1066Pa(8mmHg)。这说明水蒸气含量尚未达到饱和，其相对湿度为
ψ=800/1066×100%=75%
当空气中水分达到饱和时，则相对湿度为100%；干燥空气的相对湿度为0%。因此，相对湿度是在0%～100%之间。
由于饱和蒸气压随温度降低而减小，因此，即使是相对湿度均为100%，但是，在不同温度下空气中水分含量（绝对湿度）是不同的。
16、什么叫露点，为什么能用露点表示空气中的水分含量？
答：在日常生活中我们可以看到，到夜间空气温度降低时，空气中的水分会有一部分析出，形成露水或霜。这说明在水蒸气含量不变的情况下，由于温度的降低，能使空气中原来未达饱和的水蒸气可变成饱和水蒸气，多余的水分就会析出。使水蒸气达到饱和时的温度就叫做“露点”。
测得露点温度，就可以从水蒸气的饱和含量表中查得其水蒸气含量。由于温度降低过程中水蒸气含量并没有改变，因此，测定露点实际上就是测定了空气中的绝对湿度。如果露点越低，表示空气中的水分含量越少。
露点可用专用的露点仪测定。例如，空气经干燥器后的露点为-50℃，由数据表可查得：与-50℃对应的饱和水分含量为0.038g/m，说明空气中尚含有这些水分。如果露点为-60℃，则饱和水分含量为0.011g/m。露点越低，说明干燥程度越高。
17、为什么空气经压缩和冷却后会有水分析出？
答：在吹除空压机各级的油水时可以看到，从分离器中总有不断吹出大量水分。这些水是从哪里来的呢？这是由于在每立方米的空气中所能容纳水分量主要是取决于温度的高低，而与空气总压力的大小关系不大。例如，在30℃和0.1MPa压力下，空气中水分的饱和含量为30.3g/m。如果将空气压缩到0.6MPa，温度仍为30℃，则在每立方米的空气中水分的饱和含量仍为30.3g/m。但是，当压力提高时，在每立方米的空气中所包含的空气质量增多，水分量也相应增多。而当温度不变时，其饱和含量不变，则多余的水分就会以液体状态析出。对上述情况，1m压力为0.6MPa的空气是由压力为0.1MPa体积为6m的空气压缩而成的。在1m空气中水分的含量也增加到6倍，即6×30.3（g/m）=181.8g/m。如果温度不变，空气中仍只能容纳30.3g/m水分，则有六分之五的水分将析出。随着压力的提高，析出的水分就越多；冷却效果越好，析出的水分也越多。
对中压制氧机，工作压力在2.0MPa左右，空气经压缩和冷却后析出的水分可达空气中水分含量的90%以上。因此，必须定期进行吹除，以免增加干燥器（纯化器）的清除水分负担，避免将水分带入分馏塔内。
18、为什么空气经过冷却塔后水分含量会减少？
答：对低压空分装置，从空压机排出的压缩空气的绝对压力在0.6MPa左右。空气经压缩后，单位体积内的含水量增加，使其水分含量达到当时温度对应的饱和含量。空气在流经空气冷却塔时，随着温度的降低，相应的饱和水分含量减少，超过部分就会以液体状态从气中析出。这部分水蒸气凝结成水，同时放出冷凝潜热，不仅使冷却水量增加，而且水温也会有所升高。但空气出塔温度是降低的，因此，空气在冷却塔中，虽然与水直接接触，但水分含量反而会减少。
例如，3200m/h制氧机，加工空气量为19580m/h，压缩后空气的绝对压力为0.59MPa，空气进空冷塔温度为50℃，出空冷塔温度为30℃，在这种情况下，空气经冷却塔析出的水量可达220kg/h。