深冷分离co模拟理论基础.docx

深 冷 分 离 co 模 拟 理 论 基 础

av. R v

P r理想气体实际上因为PV=RT,（a一r一）P＝－＝－，则由公式(2.2)可得a,=O, 这

P r

是说，理想气体在节流时温度没有发生任何变化，即气体的温度保持恒定。

实际气体的珨是温度和压力的函数，节流后溫度一般会发牛变化，由公式(2.2)知有三种悄况：

T(avp)

3T

V时，a;O, 节流后温度降低，称为冷效应；

T(—av)＝V时，a，=O，节流后温度不变，称为零效应；

6TP

Tav)PV时，a;O，节流后温度升高，称为热效应。

（一一

8T

如已知气体的状态方程，即可利用公式(2.2)近似算出微分节流效应系数的值；准确的微分节流效应系数值由实验测定。

2.1.2 积分节流效应

积分节流效应(t,.T,)：实际节流时，压力变化是一个有限值时所引起的温度变化。高压气体节流到某一个较小的压力的过程，可以把它菏成许多个很小压力降的过程，这些压力降的总和等千总的压力降。如果期间进行的压力降数目为无限大，则节流时所引

起的温度变化经过积分后为：

At＝飞－飞＝［;2a,dP = J;号，dP (2. 3)

式中 ：T,、T2一气 体节流前、后的温度片、P2一气体 节流前、后的压力

因为a，不仅是压力的函数，还是温度的函数，因此公式(2.3)不能积分，但AT,可按公式(2.4)进行近似计算。

p2

At =2ai．邸 2.4)

pl

式中a，一较小压力改变范围内的ai的 平均值。

2,1.3 节流效应的物理实质

准确的气体混合物节流效应值山实验测定，缺乏实验数据时，如果已知气体混合物的状态方程式，即可按公式(2.2)进行计算。对千组分性质相近的气体混合物，亦可根据纯组分的节流效应值及其组成，用相加性原理作近似计算。

由焙和微分节流效应的定义，结合热力学关系能够推导出：

ai＝一了1,ou产, A叶Io(P三

ai

(2.5)

焙是指内能与流动能两部分之和，而内能包括分子运动的动能和分子相互作用的位能；（2.5)式说明节流效应由内能的变化和流动功这两部分的能噩组成：节流前后的焙不变是这两部分的总和不变，而其中的每一项在节流过程中都是可以变化的，其中分子

一6lI动能的变化反应温度的变化，如果动能减少，则温度降低。内能变化为（一）T,由于气

一

aP

体节流后的压力降低，比体积培大，分子间距离拉大，分子间的位能就增加，同时需要消耗功来克服分子间引力；但气体在绝热膨胀过程中外界没有能萤供给，只有靠分子动能的减少提供分子间位能增加所需要的能呈，所以导致气休温度降低。

畴rO或－方言）T＞0

即说明气体绝热膨胀后内 能变化的结果，对节流效应而百总是产生降温的作用。由

“1 T

“1 T]

公式(2.5) 可见 ， 为正，为负或为零，即取决千－勹．［—－－ 值．

C.I oP

』牛 勹 为流动功的变化，当－上 空艺} 0，则a;O, 即产生的节流效

』

C_I oP CP[ 6P

应为冷效应·．一叶AIo(曰PV)

0,＂；会因 头际 气体不同温度时与玻意耳定律的偏差导致

的内能和流动功变化的绝对值大小而有所不同 分为三种情况：

畴r|＜（A|气r）I时，a，＞0，产礼冷效应

呻皇叶＝A[ 气）r 11讨，a ,=.O

产牛芩效应：

峙+（Al字r）I时， a，0＜， 产I[.

热效应。

1.4 转化点

OP) T长）头际气体的焦耳一汤姆逊系数不仅另气体的本性存关，而且也是温度和压力的函数所以同一种气体在不同状态下进行节流，会有不同的微分节流效应：为正伯、负伯或零。微分节流效／夕为零即a,＝0的点，称为转化点．对应于转化点

OP) T长）

oT OV V

气体处千料化点时：（— ＝0或— =－

山范饱华方程式能够推导出：T,=6.75Tc其中刀足山范德华方肝求得的气体转化温度，Tc:是气体的临界温度。虽然贞实气体不完全符合范惚华方程，但上式说明了气体转化温度与临界温度的关系是转化温度随临界温度的降低而降低．

气体在不同压力下有不同的转化点，相应有不同的转化温度。以J下力为横坐标，温

度为纵坐标，山转化点组成的曲线是轧化曲线，I(体不同转化曲线也不同，002.1是N2

的转化I||1线句

600

400