Гельперин И.И, Зеликсон Г.М., Рапопорт Л.Л. Справочник по разделению газовых смесей методом глубокого охлаждения

Подождите немного. Документ загружается.

СПРАВОЧНИК

ПО РАЗДЕЛЕНИЮ

ГАЗОВЫХ СМЕСЕЙ

МЕТОДОМ

ГЛУБОКОГО ОХЛАЖДЕНИЯ

СОСТАВИТЕЛИ

, И. и. ГЕЛЬПЕРИН, Г. М. ЗЕЛИКСОН и Л. Л. РАПОПОРТ

Под общей редакцией проф. Н. И. Гельперана

-74

^ «к

ГШ'!*'»'»*' » 1 •^«««•««в

гк.* д

ОТЩ!— 111ИМТ ит

ГОСУДАРСТВЕННОЕ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО

ХИМИЧЕСКОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

МОСКВА 1953 ЛЕНИНГРАД

С.74

661 17-5-5 1

• I

В справочнике приведены основные физико-хи-

мические константы, данные по фазовому равновесию

и поведению различных веществ при низких темпе-

ратурах, а также производственные параметры, не-

обходимые для проектирования установок глубокого

охлаждения.

Описаны важнейшие схемы промышленных уста-

новок по разделению воздуха, природного газа, кок-

сового газа, газов пиролиза и крекинга. Дано также

описание основных хо.юднльных циклов и их термо-

динамическая характеристика.

Справочник предназначен для инженеров и тех-

ников, работающих в области разделения газовых

смесей методом глубокого охлаждения.

Книга является также пособием для студентов,

специализирующихся по технологии глубокого охла-

ждения.

К ЧИТАТЕЛЮ

Издательство просит присылать Ваши замечания

и отзывы об этой книге по адресу: Москва, 12,

Новая площадь, 10. Госхимиздат'

, !

Редакторы К. Я. Грачев и Н.Г.Егоров Технический редактор М.С.Лурье

Подписано к печати 9,'VI 1954 г. Т-00445. Бумага 60x92'/,«=12,5 бумажных. 25 печатных листов.

Тип. знаков в 1 печ. листе 42240. Учет.-изд. л. 26.4. Тираж 6000. Цена 14 руб. 70 коп. Заказ № 4059

4-я типография им. Евг. Соколовой Главполиграфиздата при Совете Министров СССР. I

Ленинград, Измайловский пр., 29.

Отпечатано во 2-й типографии .Водтраисиздат" Ленинград, Глазовская, 30

СОДЕРЖАНИЕ

Предисловие 5

Условные обозначения 6

Международные атомные веса (1952 г.) 7

I. Физические свойства технических газов 11

Давление, плотность н теплота парообразования 18

Уравнения состояния газов, сжимаемость и дифференциальный дрос-

сельный эффект 47

Теплоемкость 70

Теплопроводность 77

Вязкость н поверхностное натяжение 87

П. Равновесные составы фаз 107

Двухкомпонентные системы 109

Трехкомпонентные системы 156

Равновесие двухфазных систем жидкость — твердое тело 183

Растворимость 191

III. Основные циклы глубокого охлаждения, их изображение в Т—5-

диаграммах и термодинамическая характеристика 205

Цикл с однократным дросселированием 205

Цикл с однократным дросселированием и предварительным аммиачным

охлаждением ' 207

Цикл с дросселированием и циркуляцией газа среднего давления . . . 208

Цикл с двумя давлениями 211

Цикл с расширением в детандере на среднем температурном уровне . 211

Цикл с двукратным расширением в детандерах 211

Цикл с расширением в детандере на высоком температурном уровне 213

Цикл с расширением в детандере на обратном потоке 215

Цикл Капицы низкого давления с расширением в детандере на низком

температурном уровне 215

Циклы Герша н Усюкина с расширением в детандере 215

IV. Схемы промышленных установок 225

Получение кислорода и азота из воздуха 225

Получение криптона из воздуха 261

Получение аргона из воздуха 268

Получение гелия из природного газа 270

г''

4 СОДЕРЖАНИЕ

Разделение коксового газл 275

Разделение водяного газа 292

Разделение газов гидрирования 293

Разделение газов пиролиза этана 298

Разделение газов пиролиза керосина 300

Разделение крекинг-газа 305

Разделение газообразных углеводородов 308

V. Материалы для изготовления аппаратов глубокого охлаждения ^ . 313

Физические свойства металлов и сплавов 314

Механические свойства металлов и сплавов при низких температурах 324

Металлы, сплавы и припои, применяемые для изготовления аппаратов

глубокого охлаждения 348

VI. Хранение и транспорт сжиженных и сжатых газов 355

Газификационные установки 355

Сосуды, баллоны и емкости 359

ТИ. Приложения (вспомогательные таблицы^ 363

Рекомендуемая литература 380

Предметный указатель ~ - . 382

ПРЕДИСЛОВИЕ

В пособиях по теории и практике глубокого охлаждения преиму-

щественно рассматриваются процессы разделения атмосферного воздуха.

Между тем, за последние 20—25 лет разделение всевозможных газовых

смесей методом глубокого охлаждения нашло весьма широкое распро-

странение. Большое значение имеет разделение газов пиролиза керосина,

гидрирования углей, пиролиза этана, коксового газа.

Однако, имеющиеся в литературе сведения о физико-химических

свойствах различных газовых смесей недостаточно систематизированы,

что затрудняет проведение исследовательских и проектных работ.

В настоящем справочнике эти сведения (необходимые для расчета

процессов разделения газовых смесей методом глубокого охлаждения],

заимствованные из различных источников, представлены в виде графиков

и таблиц, расположенных в определенной последовательности.

Вначале приведены физические константы важнейших технических

газов, затем даны сведения о равновесных составах фаз в двух- и трех-

компонентных системах (при низких температурах) и термодинамические

характеристики основных циклов глубокого охлаждения. Далее в спра-

вочнике даны схемы промышленных установок разделения газов, причем

описаны преимущественно технологические схемы, нашедшие практи-

ческое применение. В конце книги приведены краткие сведения о физи-

ческих и механических свойствах некоторых металлов и сплавов при

низких температурах.

Текстовая часть справочника состоит из краткого описания техноло-

гических схем и пояснений, необходимых для пользования таблицами и

графиками.

Составители далеки от мысли считать свою работу исчерпывающей и

заранее выражают благодарность за все указания и поправки.

Составители

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

с — удельная теплоемкость

Ср

— удельная теплоемкость при по-

стоянном давлении (кал/г

•

град,

ккал1кг

•

град)

— удельная теплоемкость при по-

стоянном объеме (кал/г

•

град,

ккал/кг

•

град)

— относительный вес (для воз-

духа й = 1)

/—летучесть (атм, кг1см'^)

0 — вес (г, кг)

1 — энтальпия {кал1г, ккал/кг)

К — термический коэффициент сжа-

тия (см^/кГ)

Р — давление (атм, мм рт. ст., кГ/см-)

Р^ — критическое давление (атм)

Р — газовая постоянная

{кал/град

•

моль)

г — скрытая теплота парообразова-

ния (ккал/кг)

Т—абсолютная температура (°К)

Гд — критическая температура (°К)

— температура (°С)

5 — энтропия (кал/град)

V — объем (см^, м^)

V — удельный объем (см^/г, м^/кг)

а — коэффициент линейного расши-

рения

а — коэффициент летучести газа

(X—дифференциальный дроссельный

эффект (град/атм)

— степень сжимаемости

— коэффициент объемного расши-

рения

1 — удельный вес

? — приведенный объем

л — коэффициент теплопроводности

{кал/см

•

сек

•

град,

ккал/м

•

час

•

град)

— коэффициент кинематической

вязкости (см^/сек, м^сек)

я — приведенное давление

— плотность (г/см^, кг/м^)

Рд

— критическая плотность {г/см^)

с — поверхностное натяжение

(дн/см)

т — приведенная температура

•»!

— коэффициент динамической

вязкости {дн

•

сяк/см:^, г/см

•

сек,

кг

•

сек/м^)

ата — атмосфера абсолютная (кГ/см^)

атм — атмосфера нормальная, физи-

ческая (760 мм рт. ст.)

ат — атмосфера техническая {кГ/см^,

735,53 мм рт. ст.)

ати — атмосфера избыточная (кГ/см^)

к Г — килограмм-сила

кг — килограмм-масса

Абсолютный нуль = 273,165° С

/ '

МЕЖДУНАРОДНЫЕ АТОМНЫЕ ВЕСА

(1952 г.)

Элемент

« <8

Й О

ча.

Элемент

<и

5 о

еа

га

а.

и;

° ч

N 7

14,008

Калифорний

С{

*[246]

Ас

227

Кальций

. . .

Са

40,08

А1

26,97

Кислород

. . .

Ат

* [243]

Кобальт

. . .

Со

58,94

Аг

39,944

Кремний

. . .

28,06

А{

* [210]

Криптон

. . .

Кг

83,80

Ап

[247]

Ксенон

....

Хе

131,3

Ва

137,36

Кюрий

....

Ст

[243]

Ве

9,013

Лантан

....

Ьа

138,92

Вк

*[245]

Литий

....

6,940

10,82

Лютеций

. . .

Ьи

174,99

Вг

79,916

Магний

. . .

Мг

24,32

50,95

Марганец

. .

Мп

54,93

В!

209,00

Медь

Си

63,54

1,0080

Молибден

. .

МО

95,95

183,92

Мышьяк

. . .

Аз

74,91

Од

156,9

Натрий

. . .

Ыа

22,997

Оа

69,72

Неодим

. . .

Ме

144,27

Н{

178,6

Неон

....

Ые

20,183

Не

4,003

Нептуний

. .

Nр

* [237]

Ое

72,60

Никель

. . .

58,69

Но

164,94

Ниобий

. . .

41 92,91

оу

162,46

Олово

....

5п

118,70

Ей

152,0

Осмий

....

Оз

190,2

Ре

55,85

Палладий

. . .

Рд

106,7

Аи

197,2

Платина

. . . Р1

195,23

1п

114,76

Плутоний

. .

Ри

* [242]

126,91

Полоний

. . . Ро

84 210

1г

193,1

Празеодим

. .

Рг

140,92

УЬ 70

173,04

Протактиний

. Ра

231

88,92

Радий

....

Ка

226,05

Сд

112,41 Радон

.... Кп

222

39,100

Рений

.... Ке

186,31

Азот

. . .

Актиний

Алюминий

Америций

Аргон

. .

Астатин

Афиний

Барий

. .

Бериллий

Беркелий

Бор . .

Бром

. .

Ванадий

Висмут

Водород

Вольфрам

Гадолиний

Галлий

Гафний

Гелий

Германий

Гольмий

Диспрозий

Европий

Железо

Золото

Индий

Иод . .

Иридий

'^ттербий

^ттрий

Кадмий

Калий

МЕЖДУНАРОДНЫЕ АТОМНЫЕ ВЕСА

Продолжение

№

О и

ЙГ

Элемент

|§

X 5

Элемент

X 5

ее сь

= 2

Родий

....

кь 45

102,91

Титан

....

Т! 22

47,90

Ртуть

....

Н8

200,61

Торий

....

ТЬ

232,12

Рубидий

. . .

кь

85,48 Тулий

.... Ти

169,4

Рутений

. . . Ки

101.7

Углерод

. . .

12,010

Самарий

. . . 5т 62

150,43 Уран

....

238,07

Свинец

....

РЬ 82

207,21

Фосфор

. . . р

30,975

Селен

....

8е

78,96

Франций

. . . Рг

*[223]

Сера

8 16

32,066

Фтор

19,00

Серебро

. . .

А8

107,880

Хлор

С1

35,457

Скандий

. . .

8с

44,96

Хром

Сг

52,01

Стронций

. .

8г

87,63

Цезий

.... Сз

132,91

Сурьма

. . . 8Ь

121,76

Центрий

. . ,

С1

100

[248]

Таллий

.... Т1

204,39 Церий

....

С1

140,13

Тантал

....

Та

180,88 Цинк

....

2п

65,38

Теллур

....

Те

127,61

Цирконий

. .

2г 40 91,22

Тербий

....

ТЬ

159,2

Эрбий

....

Ег 68

167,2

Технеций

. . .

Тс

* [99]

Примечание.

прямых скобках помещены массовые числа наиболее

устойчивых изотопов. Звездочкой отмечен искусственно полученный элемент.

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

ТЕХНИЧЕСКИХ ГАЗОВ

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ТЕХНИЧЕСКИХ ГАЗОВ

В табл. 1 приведена шкала перевода показаний различных термометров,

в табл. 2 — основные физико-химические константы некоторых газов.

' Зависимости констант от давления и температуры приведены в соответ-

ствующих разделах.

В табл. 3—6 приведены данные о давлении насыщенных паров.

При необходимости определить давление насыщенных паров вне^области

экспериментальных данных пользуются уравнением

Числовые значения коэффициентов /1 и В приведены в табл. 8 и 9.

В табл. 7 представлены более точные уравнения кривых зависимости

давления насыщенного пара от температуры.

Температура измеряется по абсолютной шкале в градусах Кельвина (°К)

или в градусах Цельсия (°С).

Абсолютный нуль принимается равным—273,165°С.

Кроме того, те.мпературу измеряют по шкалам Фаренгейта (°Р) и Рео-

мюра (°Е).

Таблица 1

Перевод показаний различных термометров

Международна!!

шкала

(Цельсия)

С»

Шкала Реомюра

Шкала Фаренгейта

Абсолютная шкала

(Кельвина)

у"

|п + 32

п + 273,2

Т"

|« + 32

|п + 273,2

|-(п-32)

4 («-32)

п А (л-32)+ 273,2

п —273,2

|(п-273,2)

-I-(л —273,2) 4-32

Давление измеряется в технических атмосферах ат = \ кГ/см^ = 73553 мм

рт. ст.), в физических атмосферах (1 атм = ],03й «Г/сж^ = 760 мм рт. ст.),

в пьезах (1 лз =

1 стен/м'^

= Ш,97 кГ/м-) и в барах (1 бар =

1 дн1см'^,

1 пз = 10^ бар).

В табл. 12—14 приведены плотности сжиженных газов и равновесных с ними

насыщенных паров, а также теплоты парообразования в зависимости от

температуры.