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關于超濾動力百問百答

  一、相關知識

1-1什么叫空氣?什么濕空氣?

答:地球周圍的大氣,我們習慣上稱它作空氣。自然界中的空氣是由多種氣體(O2、N2、CO2……等)混合而成的,水蒸氣是其中的一種。含有一定量水蒸氣的空氣叫濕空氣,不含水蒸汽的空氣叫干空氣。我們周圍的空氣都是濕空氣。在一定海拔高度下,干空氣的組成成分及比例基本穩定不變,它對整個濕空氣的熱工性能無特殊意義。濕空氣中的水蒸氣含量雖然不大,但含量的變化對濕空氣的物理性質影響很大。水蒸氣含量的多少決定了空氣的干燥和潮濕程度。冷干機的工作對象就是濕空氣。

1-2什么叫飽和空氣?

答:在一定的溫度和壓力條件下,濕空氣中水蒸氣的含量(即水蒸氣密度)是有一定限度的;在某一溫度下,所含水蒸氣的量達到最大可能含量時,這時的濕空氣叫飽和空氣。水蒸氣未達到最大可能含量時的濕空氣就叫未飽和空氣。

1-3未飽和空氣在什么條件下成為飽和空氣?什么叫“結露”?

答:在含水量不變的情況下,通過降低未飽和空氣的溫度可使之成為飽和空氣。未飽和空氣在成為飽和空氣的瞬間,濕空氣中會有液態水珠凝結出來,這一現象稱之為“結露”。

1-4什么是大氣壓?什么是絕對壓力?什么是表壓力?

答:包圍在地球表面一層很厚的大氣層對地球表面或表面物體所造成的壓力稱為“大氣壓”,符號為B;直接作用于容器或物體表面的壓力,稱為“絕對壓力”,絕對壓力值以絕對真空作為起點,符號為PABS;用壓力表、真空表、U形管等儀器測出來的壓力叫“表壓力”(又叫相對壓力,“表壓力”以大氣壓力為起點,符號為Pg。

三者之間的關系是:PABS=B+Pg

壓力的法定單位是帕(Pa),大一些單位是兆帕(MPa)1MPa=106Pa

1標準大氣壓=0.1013MPa

在舊的單位制中,壓力用kgf/cm2(公斤/平方厘米)作單位,1kgf/cm2=0.098MPa

1-5什么叫溫度?常用溫度單位有哪些?

答:溫度是物質分子熱運動的統計平均值。絕對溫度——以氣體分子停止運動時的最低極限為起點的溫度,記為T。單位為“開(開爾文)”,單位符號為K。攝氏溫度:以冰的融點為起點的溫度,單位為“攝氏度”,單位符號為℃,此外英美國家還經常用“華氏溫度”,單位符號為°F,溫度單位之間的換算關系是:T(K)=t(℃)+273.16t(°F)=1.8t(℃)+32

1-6濕空氣中水蒸氣分壓力指的是什么?

答:濕空氣是水蒸氣與干空氣組合的混合物,在一定體積的濕空氣里水蒸汽所占的份量(以重量計)通常比干空氣要少得多,但它占有與干空氣相同的體積,也具有相同的溫度。濕空氣所具有的壓力是各組成氣體(即干空氣與濕空氣)分壓力的和。濕空氣中水蒸氣所具有的壓力,稱為水蒸氣分壓力,記作Ps。其值反映了濕空氣中水蒸氣含量的多少,水蒸氣含量越高,水蒸氣分壓力也越高。飽和空氣中水蒸氣分壓力叫水蒸氣飽和分壓,Psb。

1-7什么叫空氣的濕度?濕度有幾種?

答:表示空氣干濕程度的物理量叫“濕度”。常用的濕度表示方法的“絕對濕度”“相對濕度”和“含濕量”。在標準狀態下,1m3容積中濕空氣含有水蒸氣的重量稱為“絕對濕度”,單位是g/m3。絕對濕度只表明單位體積濕空氣中,含有多少水蒸氣,而不能表示濕空氣吸收水蒸氣的能力,即不能表示濕空氣的潮濕程度。絕對濕度也就是濕空氣中水蒸氣的密度。

濕空氣中實際所含的水蒸氣量與同溫度下最大可能含有水蒸氣量的比值稱為“相對濕度”,相對濕度ф在0~100%之間。ф值越小,空氣越干燥,吸水能力越強。ф值越大,空氣越潮濕,吸水能力越弱。

1-8什么叫含濕量?含濕量怎樣計算?

答:在濕空氣中,1kg干空氣含有水蒸氣的重量叫做“含濕量”,常用d來表示,單位:g/kg干空氣。含濕量的計算公式是:

d=622×Ps或d=622×фPsb

P-PsP-фPsb

式中:P—空氣壓力(Pa),Ps—水蒸氣分壓力(Pa),Psb—飽和水蒸氣分壓(Pa),ф—相對濕度(%)。

從上式可以看出,含濕量d幾乎同水蒸氣分壓力Ps成正比,而同空氣總壓力P成反比。d確切反映了空氣中含有水蒸氣量的多少。由于在某一地區,大氣壓力基本上是定值。所以空氣含濕量僅同水蒸氣分壓力Ps有關。

1-9飽和空氣中水蒸氣的密度取決于什么?

答:空氣中水蒸氣的含量(水蒸氣密度)是有極限的。在氣動壓力(2MPa)范圍內,可認為飽和空氣中水蒸氣的密度只取決于溫度的高低而和空氣壓力大小無關,溫度越高,飽和水蒸氣的密度越大。譬如,在40℃時1m3空氣,不論其壓力是0.1MPa還是1.0MPa,它的飽和水蒸氣密度都是51g。

1-10空氣在加壓狀態下(即壓縮空氣)的相對濕度及含水量是怎樣確定的?

答:從題1-8中知道,當壓力P提高后,空氣中飽和含濕量將減少。壓縮空氣的相對濕度ф’及實際含水量ρ’s由下式確定:

Pb*P

ф’=фρ’s=ф’×ρ’b(kg/m3)

Pb*P

式中:PP’——壓縮前、后空氣的絕對壓力(Pa)

PbPb’——壓縮前、后與各自溫度下的飽和水蒸氣分壓力(Pa)

ф——壓縮前空氣的相對濕度(%),ф’——壓縮后空氣的相對濕度(%)

ρb’——壓縮后與其溫度相對應的飽和水蒸氣密度(g/m3)

若ф’=100%,則壓縮空氣處于飽和狀態。壓縮空氣的飽和水蒸氣分壓:

Pb*P’

Pb’=ф(Pa)

P

該式可用來確定壓縮空氣的“壓力露點”與常壓露點的對應換算關系。

1-11什么是空氣的標準狀態?

答:在溫度t=20℃,絕對壓力P=0.1MPa,相對溫度ф=65%時的空氣狀態叫空氣的標準狀態。在標準狀態下,空氣密度是1.185kg/m3。(空壓機排氣量、干燥機、過濾器等后處理設備的處理能力都是以空氣標準狀態下的流量來標注的,單位寫作Nm3/min,也可m3/min后加ANR)。實際空氣狀態與標準狀態通過狀態方程進行轉換。狀態方程有多種形式,其中一種形式是:

P1V1P0V0

=

T1T0

式中:P——氣體的絕對壓力(Pa),V——氣體的比容(m3/kg),T——氣體的溫度(K)

(單位符號帶腳標0的是標準狀態參量,帶1的是實際狀態參量)

因為加壓前后空氣質量是不變的,利用狀態方程可以計算出加壓后空氣的體積:

P0V0

V1=(假定T1=T0)

T0

1-12什么是熱量?

答:熱量是能量的一種形式。在物理學中用“比熱”來計算熱量,即Q=G×C×(t1-t2),式中:Q——熱量,G——物體的質量,C——物體的比熱,t1,t2——物體的初溫和終溫。熱量單位是J(焦耳)。熱量是依靠溫差(即(t1-t2)傳遞的能量,沒有溫差就無所謂熱量傳遞。

根據熱力學定律,熱量能通過對流、傳導、輻射等形式,從高溫端向低溫端自發傳遞。在沒有外功耗情況下,熱量永遠不可能作反向傳遞。

1-13什么是顯熱?什么是潛熱?

答:物體在加熱或冷卻過程中,溫度升高或降低而不改變其原有相態所需吸收或放出的熱量,稱為“顯熱”。它能使人們有明顯的冷熱變化感覺,通??捎脺囟扔嫓y量出來。(如將水從20℃的升高到80℃所吸收到的熱量,就叫顯熱。)

在物體吸收或放出熱量過程中,其相態發生了變化(如氣體變成液體……),但溫度不發生變化,這種吸收或放出的熱量叫“潛熱”。“潛熱”不能用溫度計測量出來,人體也無法感覺到,但可通過實驗計算出來。

飽和空氣在吸收一定冷量(即放出熱量)后,一部分水蒸氣會相變成液態水,而此時飽和空氣溫度并不下降,這部分放出的熱量就是“潛熱”。

1-14什么是空氣的焓值?怎樣計算?

答:空氣的焓值是指空氣所含有的總熱量,通常以干空氣的單位質量為基準。焓用符號i表示,單位是kj/kg干空氣。濕空氣焓值等于1kg干空氣的焓值與dkg水蒸氣焓值之和。

濕空氣焓值計算公式為:

i=1.01t+(2500+1.84t)d或i=(1.01+1.84d)t+2500d(kj/kg干空氣)

式中:t——空氣溫度℃

d——空氣的含濕量g/kg干空氣

1.01——干空氣的平均定壓比熱kj/(kg*K)

1.84——水蒸氣的平均定壓比熱kj/(kg*K)

2500——0℃時水的汽化潛熱kj/kg

由上式可以看出:(1.01+1.84d)t是隨溫度變化的熱量,即“顯熱”;而2500d則是0℃時dkg水的汽化潛熱,它僅隨含濕量而變化,與溫度無關,即是“潛熱”。

上式經常用來計算冷干機的熱負荷。

1-15什么是壓縮空氣?有哪些特點?

答:空氣具有可壓縮性,經空氣壓縮機做機械功使本身體積縮小、壓力提高后的空氣叫壓縮空氣。壓縮空氣是一種重要的動力源。與其它能源比,它具有下列明顯的特點:清晰透明,輸送方便,沒有特殊的有害性能,沒有起火危險,不怕超負荷,能在許多不利環境下工作,空氣在地面上到處都有,取之不盡。

1-16壓縮空氣里含有哪些雜質?

答:空壓機排出的壓縮空氣里含有很多雜質:①水,包括水霧、水蒸汽、凝結水;②油,包括油污、油蒸汽;③各種固態物質如:銹泥、金屬粉末、橡膠細末、焦油粒及濾材、密封材料的細末等;此外還有多種有害的化學異味物質等。

1-17什么是氣源系統?

答:由產生、處理和儲存壓縮空氣的設備所組成的系統稱為氣源系統。典型的氣源系統由下列幾部分組成:空氣壓縮機、后部冷卻器、過濾器(包括前置過濾器、油水分離器、管道過濾器、除油過濾器、活性碳過濾器、滅菌過濾器等等、穩壓儲氣罐、干燥機(冷凍式和吸附式)、自動排水排污器及輸氣管道、管路閥件、儀表等。上述設備根據工藝流程的不同需要,組合成完整的氣源系統。

1-18為什么必須對氣源系統進行處理?

答:從空壓機輸出的壓縮空氣中含有大量有害雜質,不通過適當的方法清除這些雜質,會對氣源系統造成很大的危害:

①變質的潤滑油(油分)會使橡膠、塑料、密封材料變質,堵塞小孔,造成閥類動作失靈,污染產品;

②水分和粉塵會造成金屬器件、管道生銹腐蝕,造成運動部件卡死或磨損,使氣動元件動作失靈和漏氣,水分和塵土還會堵塞節流小孔或過濾網;在寒冷地區,水分結冰會造成管道凍結或凍裂。

③由于空氣質量不良,使氣動系統的可靠性的使用壽命大大降低,由此造成的損失往往大大超過氣源處理裝置的成本和維修費用,故正確選用氣源處理系統是絕對必要的。

1-19氣源質量的標準有哪些?

答:不同用戶對氣源質量有不同要求。國家標準GB/T13277-91《一般用壓縮空氣質量等級》(等效采用ISO8573就是為此而制訂的。該標準對壓縮空氣中固體粒子、水分及含油量作出了量的規定。從更廣的意義上講,一個良好的氣源還應當在使用過程中壓力是穩定的,對周圍環境造成的污染是最小的。

1-20壓縮空氣干燥方法有哪幾種?

答:壓縮空氣可以通過加壓、降溫、吸附等方法來除去其中的水蒸汽,可能過加熱、過濾、機械分離等方法除去液態水分。

冷凍式干燥機就是對壓縮空氣進行降溫來排除其中所含水蒸汽,獲得相對干燥壓縮空氣的一種設備。

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