Атмосферный воздух. Классификация, история и
тенденции развития воздухоразделительных установок.
1.1. Атмосферный воздух и его компоненты
Атмосферный воздух - это многокомпонентное вещество, основными из которых являются азот, кислород и аргон. Стандартный состав атмосферного воздуха приведен в табл. 1.1.
Таблица 1.1
Состав сухого атмосферного воздуха у поверхности Земли
№ п/п |
Компоненты |
Молекулярная масса |
Объемная доля, % |
Массовая доля, % |
1 |
Азот,
|
28,016 |
78,09 |
75,52 |
2 |
Кислород,
|
32,00 |
20,95 |
23,15 |
3 |
Аргон,
|
39,944 |
0,93 |
1,282 |
4 |
Двуокись
углерода,
|
44,010 |
0,03 |
0,046 |
5 |
Неон,
|
20,183 |
|
|
6 |
Гелий,
|
4,003 |
|
|
7 |
Углеводороды |
- |
|
|
8 |
Метан,
|
16,0 |
|
|
9 |
Криптон,
|
83,8 |
|
|
10 |
Водород,
|
2,016 |
|
|
11 |
Закись
азота,
|
44,02 |
|
|
12 |
Ксенон, Xe |
131,3 |
|
|
13 |
Озон,
|
48,0 |
|
|
14 |
Радон, Rn |
- |
|
|
Состав сухого воздуха практически не изменяется до высоты 100 км. Лишь на высоте 25 км наблюдается повышенное содержание озона, так называемое «озоновое одеяло» Земли. В плоскости экватора содержание кислорода выше, чем в полярных широтах. Несколько различен состав воздуха над сушей и морем. Содержание водяных паров в атмосферном воздухе зависит от температуры и относительной влажности φ, которая для средней полосы России равны φ = 0,7 - 0,8.
В промышленных масштабах методом низкотемпературной ректификации из воздуха извлекают азот, кислород, аргон, неон, криптон и ксенон.
Все
эти вещества, включая воздух, являются
криоагентами, у которых температура
кипения при нормальных условиях
120 К.
Основные свойства наиболее употребляемых криоагентов, которые, практически все, содержатся в атмосферном воздухе, приведены в табл. 1.2.
Таблица 1.2
Свойства криоагентов, содержащихся в атмосферном воздухе
Вещества |
Молекулярная масса, μ |
k = cp/cv |
Газовая постоянная, R, Дж/(кг·К) |
Теплоемкость c при Т=293 К, р = 0,1 МПа, кДж /(кмоль К) |
Плотность при Т=273 К, р=0,1 МПа, кг/м3 |
Нормальная температура кипения, ТS, К |
Температура тройной точки, Тт.т, К |
Азот, |
28,016 |
1,40 |
297 |
29,3 |
1,25 |
77,36 |
63,15 |
Аргон, |
39,944 |
1,68 |
208 |
20,8 |
1,78 |
87,29 |
83,81 |
Водород нормальный (75 % ортоводорода), |
2,016 |
1,41 |
4121 |
28,8 |
0,09 |
20,39 |
13,95 |
Воздух |
29 |
1,4 |
287 |
29,1 |
1,29 |
78,8/81,1 |
- |
Гелий
IV,
|
4 |
1,66 |
2078 |
21,1 |
0,18 |
4,21 |
1,78٭ |
Гелий
III,
|
3,02 |
- |
- |
- |
0,13 |
3,19 |
0,5٭ |
Двуокись углерода, |
44,01 |
1,30 |
189 |
37,6 |
1,98 |
- |
216,6 |
Кислород, |
32,00 |
1,40 |
259,7 |
25,5 |
1,43 |
90,19 |
54,36 |
Криптон, |
83,80 |
1,67 |
100,3 |
21,0 |
3,74 |
119,75 |
115,97 |
Ксенон, Xe |
131,3 |
1,70 |
63,8 |
20,9 |
5,85 |
165,0 |
161,36 |
Метан, |
16 |
1,31 |
522,9 |
35,7 |
0,72 |
111,67 |
90,66 |
Неон, |
20,183 |
1,68 |
411,4 |
20,9 |
0,90 |
27,07 |
24,56 |
٭ Затвердевание при р=3 МПа.