【压缩机网】1、物质的状态
物质是由分子、原子或离子构成的，物质状态是指一种物质出现不同的相。物质共有六种状态：气态、液态、固态、等离子态、玻色—爱因斯坦凝聚态、费米子凝聚态。通常所见的物质有三态：气态、液态、固态。
在固态下，物质在强大的亲和力作用下，紧密地结合在一个结构内，分子或原子有规则地周期性排列着，有一定的体积和几何形状。（图1右下）
当固态下的物体被赋予能量，如加热到分子运动无法维持其刚性结构时，分子变得松散，物体熔化并变成液态，此时，物体不可能再保持原来的固定位置，于是就产生了流动，分子或原子间的吸引力还比较大，使它们不会分散远离，因此液态有一定的体积但没有具体形状。（图1左下）
如果液态下的物体被进一步赋予能量，如加热，由于分子或原子间的距离增大，分子之间的结合力完全消失，液态就转变成了气态。此时物体的分子或原子做各自无规则运动，这导致了气态物质具有流动性，但没有固定的形状和体积，能自动地充满任何容器，容易被压缩或膨胀。（图1中上）
当气态物质受到冷却，分子的运动速度变慢，彼此又重新结合并产生凝析成为液态，再进一步冷却，液态变为固态。
图2为纯净水在热能导入或导出时水发生变化的三种状态的过程。
2、气体
前面我们讲到，气态、液态和固态是通常物质存在的三种状态。对于压缩空气从业者来说，我们应该知道在工作中，空气是以气态物质出现。因此，了解气体的物质特性对于我们研究和利用空气为我们工作非常有必要。
气体是指无形状有体积的可压缩或膨胀的流体。气体是物质的一个态。气体与液体一样是流体：它可以流动，可变形。与液体不同的是气体分子间距离很大，因此可以被压缩或膨胀。假如没有限制（容器或力场）的话，气体体积可以不受限制。气体的原子或分子相互之间可以自由运动，因此气体的原子或分子的动能比较高。 气体状态在微观上很难跟踪每一个分子或原子的动态，但从宏观上可过通其体积、温度和压强变化来研究。
气体的研究对压缩空气系统的发展可起到重大作用，气体与液体、固体相比较，具有两个最基本特征：
扩散性：当把一定量的气体充入真空容器时，它会迅速充满整个容器空间，而且均匀分布，少量气体可以充满很大的容器，不同种的气体可以以任意比例均匀混合（见图3）。
2.可压缩性：当对气体加压时，气体体积缩小，原来占有体积较大的气体，可以压缩到体积较小的容器中（见图4）。
3、理想气体
什么是理想气体？如果有这样一种气体：它的分子只有位置而无体积，且分子之间没有作用力，这种气体称之为理想气体。当然它在实际中是不存在的。实际气体分子本身占有一定的体积，分子之间也有吸引力，但在低压和高温条件下，气体分子本身所占的体积和分子间的吸引力均可以忽略，此时的实际气体即可看作理想气体（见图5）。
科学家们对理想气体的研究可以发现：
1.微观量：描述个别分子运动规律的物理量。如：每个分子都有的质量、运动速度、能量等等，可以对特定状态下气体分子进行研究；
2.宏观量：表示大量分子集体效应的物理量。如：气体的体积(V）、温度(T)、压强(P)等等，比较容易掌握气体状态变化规律；
3.状态参量：体积V(m3), 压强P(Pa), 温度T(K)之间是可以建立计算模型的。
4.气体与外界没有能量和物质的交换时，内部也无任何形式的能量转换，则压强P、体积V、温度T变化很小或不变化，从而达到热平衡，保持气体状态不变。
5.我们可以将气体状态变化按等温变化、等容变化、等压变化来分析，可以建立理想气体状态方程从而开展压缩气体的研究和利用。
理想气体状态方程是描述理想气体在处于平衡态时，压强P、体积V、温度T之间关系的状态方程。它建立在玻义耳-马略特定律、查理定律、盖-吕萨克定律等定律的基础上，由法国科学家克拉珀龙（Benoit Pierre Emile Clapeyron）于1834年提出。当气体与外界进行能量交换时，则压强P、体积V、温度T会发生变化，其变化规律可以通过理想气体状态方程来计算。
理想气体状态方程可用以下方程表示：
PV=nRT
式中：p为压强（Pa），V为气体体积(m3)，T为温度(K)，T=273+摄氏度数，n为气体的物质的量(mol)，R为摩尔气体常数（也叫普适气体恒量）(J/（mol.K）)，对任意理想气体而言，R是一定的，约8.31441±0.00026J/(mol·K)。
在一个与外界没有交换的密闭空间内的理想气体的状态方程为：
知识点：标准状况下的气体摩尔体积
标准状况：0℃、1.01×105Pa，1mol任何气体摩尔体积为22.4L。（可以是单一纯净的气体，也可以是混合气体）。
理想气体状态方程应用举例：
当一个客户已经有了空压机站，但随着生产的扩大或管线阻损变大及泄漏增加，系统压力不够用了，需要增加空压机，怎么算（见图6）？
例1，当一个客户已经有了空压机：6m3/min-7bar，但随着生产的扩大或管线阻损及泄漏的增加，系统压力掉到5bar了，不够用了，想让系统压力到达7bar，需要增加空压机，怎么计算？
解答：
1.先测量现有压缩空气气量V1=6m3/min 和目前的压力P1=5bar；
2.再根据需要的压力P2=7bar，利用理想气体状态方程计算需要的总气量V2:
V2=V1*（P2/P1)=6*(7+1)/(5+1)=8m3/min
3.最后算出需要增加气量V3:
V3=V2-V1=8-6=2m3/min
4.为满足现有的用气需求所要增加多少气量，建议增加足够的气量以便不仅满足目前的用气要求，还把将来的需求和泄漏因素考虑进去，比如乘以系数1.2等。注意：净化设备需要同步增加！
例2，当一个客户已经有了空压机，20m3/min-7bar，但随着生产的扩大或管线阻损及泄漏的增加，系统压力掉到4.5bar了，不够用了，想让系统压力到达7bar，需要增加空压机，怎么计算？
可以使用“欠压补充计算器”更快更便捷（见图7）。
4、空气性质
空气是地球周围的气体，它分层覆盖在地球表面，透明且无色、无嗅、无味的气体混合物。它由多种气体组成，但主要由氮气和氧气组成，对人类的生存和生产有着重要的影响。
在0℃及一个标准大气压下（1.013×105 Pa）空气密度为1.29kg/m3 ，其摩尔体积为22.4 L/ mol ，空气的相对分子质量是29，在0℃、760mmHg柱时的密度为1.293g/m3。
空气之中恒定组成部分为氧气、氮气、稀有气体，他们的含量百分比，在海拔100 km以内几乎不变。以体积含量计，氧约占20.95%，氮约占78.09%，稀有气体约占0.934%。空气不是一种纯化学物质，因此其组份可用分离法分离出来，例如工业上大规模生产氧气、氮气就是从空气中分离出来的，通常是采用液态空气分馏法来实现。
以下是与我们压缩空气行业相关的一些特性：
地球内部的引力和内部的磁场所造成的大气压力，海拔越高大气压越低，气体密度随离地面高度的增加而变得愈来愈稀薄。通常我们把海平面（海拔高度0m）的大气压作为标准大气压（1.013×105Pa）。因此，我们在计算压缩空气的时候在沿海地区通常不需要考虑海拔高度对计算的影响，但是在海拔高度大于1km时，比如高原地区，应该要把海拔高度因素考虑进去，后面会有举例说明（见图8）。
2.空气是物理作用下多种气体的混合物，其中：氮78%、氧21%、氩0.93%、二氧化碳0.03%、氖0.0018%，此外还有其它惰性气体、臭氧、水气和尘埃等。其成分中恒定组成部分为氧气、氮气、稀有气体，可变组成部分为二氧化碳和水蒸气，它们在空气中的含量随工业化、植被覆盖率、地理位置、温度及气候不同会有变动。比如温室效应，双碳经济等就是由于二氧化碳人为排放过多而引起全世界关注。压缩空气干燥设备就是为了解决空气中水蒸汽而诞生的。后面我们会举例压缩空气节能可以减少多少碳排放量及空气的露点温度变化（见图9）。
3.空气经过外部能量可以被压缩或者膨胀，增加或减少其内能和势能空气，就是我们常说的压缩空气或真空。当我们在描述压缩空气或真空时，通过压力、流量与温度这三个基本指标来定义和计算（见图10）。
4.空气质量的好坏反映了空气污染程度，它是依据空气中污染物浓度的高低来判断的。空气中的污染物主要是指：烟尘、总悬浮颗粒物、可吸入颗粒物（PM10）、细颗粒物（PM2.5）、二氧化氮、二氧化硫、一氧化碳、臭氧、挥发性有机化合物等等。按照《环境空气质量标准》（GB3095-2012）来判定。在压缩空气应用中，我们主要是关注空压机站房的空气质量，通常在GB 50029-2014《压缩空气站设计规范》有规定。空压机站房空气质量好坏会影响到压缩空气系统设备的运行（见图11）。
5.压缩空气或真空的质量主要是对空气中污染物如：水（包括水蒸气、凝结水）、悬浮物、油（包括油雾、油蒸气）、菌、味等含量指标高低的要求。通常我们是要求压缩空气或真空中尘、油和水含量通过《压缩空气 第1部分：污染物净化等级》GB/T 13277.1-2008或《压缩空气-第1部分杂质和质量等级》ISO8573.1-2010（见图12）。
6.空气可以视作是干燥的空气和水蒸汽的混合物。含有水蒸汽的空气称为湿空气。相对湿度通常在0%～100%（见图13）。
我们在计算和定义压缩空气或真空时，通常会遇到压缩空气行业标准中有“标准工况”这个术语，其描述空气进气相对湿度为0%。但是在螺杆空压机的主机设计参数中，我们通常可以看到空气进气相对湿度为60%；在干燥器设计时，空气的进气相对湿度为100%。
7.一定量的空气中水蒸气含量可以通过压力或温度变化改变（见图14）。
压缩空气水蒸气含量可以用露点表示。通常有常压露点和压力露点来表示在环境大气压或一定压力下压缩空气中水水蒸汽的含量。单位℃表示。
例3，举例计算某空压机吸入空气中的总水量。
问：相对湿度60%，环境温度30℃时，26.7m3/min的空压机运行1小时共吸进水量是多少？
答：查看空气相对湿度图表（见图15）
1.找到相对湿度60%曲线，
2.从温度30℃划直线过来，
3.再看相对湿度60%曲线与温度30℃横线交叉点对应的水含量是20g/m3；
4.计算该空压机运行1h吸入水量：
L=20g/m3x26.7m3/min=534g/min=32kg/h。
<注：本文未完待续，更多精彩见下期——>
来源：本站原创
【压缩机网】1、物质的状态
物质是由分子、原子或离子构成的，物质状态是指一种物质出现不同的相。物质共有六种状态：气态、液态、固态、等离子态、玻色—爱因斯坦凝聚态、费米子凝聚态。通常所见的物质有三态：气态、液态、固态。
在固态下，物质在强大的亲和力作用下，紧密地结合在一个结构内，分子或原子有规则地周期性排列着，有一定的体积和几何形状。（图1右下）
当固态下的物体被赋予能量，如加热到分子运动无法维持其刚性结构时，分子变得松散，物体熔化并变成液态，此时，物体不可能再保持原来的固定位置，于是就产生了流动，分子或原子间的吸引力还比较大，使它们不会分散远离，因此液态有一定的体积但没有具体形状。（图1左下）
如果液态下的物体被进一步赋予能量，如加热，由于分子或原子间的距离增大，分子之间的结合力完全消失，液态就转变成了气态。此时物体的分子或原子做各自无规则运动，这导致了气态物质具有流动性，但没有固定的形状和体积，能自动地充满任何容器，容易被压缩或膨胀。（图1中上）
当气态物质受到冷却，分子的运动速度变慢，彼此又重新结合并产生凝析成为液态，再进一步冷却，液态变为固态。
图2为纯净水在热能导入或导出时水发生变化的三种状态的过程。
2、气体
前面我们讲到，气态、液态和固态是通常物质存在的三种状态。对于压缩空气从业者来说，我们应该知道在工作中，空气是以气态物质出现。因此，了解气体的物质特性对于我们研究和利用空气为我们工作非常有必要。
气体是指无形状有体积的可压缩或膨胀的流体。气体是物质的一个态。气体与液体一样是流体：它可以流动，可变形。与液体不同的是气体分子间距离很大，因此可以被压缩或膨胀。假如没有限制（容器或力场）的话，气体体积可以不受限制。气体的原子或分子相互之间可以自由运动，因此气体的原子或分子的动能比较高。 气体状态在微观上很难跟踪每一个分子或原子的动态，但从宏观上可过通其体积、温度和压强变化来研究。
气体的研究对压缩空气系统的发展可起到重大作用，气体与液体、固体相比较，具有两个最基本特征：
扩散性：当把一定量的气体充入真空容器时，它会迅速充满整个容器空间，而且均匀分布，少量气体可以充满很大的容器，不同种的气体可以以任意比例均匀混合（见图3）。
2.可压缩性：当对气体加压时，气体体积缩小，原来占有体积较大的气体，可以压缩到体积较小的容器中（见图4）。
3、理想气体
什么是理想气体？如果有这样一种气体：它的分子只有位置而无体积，且分子之间没有作用力，这种气体称之为理想气体。当然它在实际中是不存在的。实际气体分子本身占有一定的体积，分子之间也有吸引力，但在低压和高温条件下，气体分子本身所占的体积和分子间的吸引力均可以忽略，此时的实际气体即可看作理想气体（见图5）。
科学家们对理想气体的研究可以发现：
1.微观量：描述个别分子运动规律的物理量。如：每个分子都有的质量、运动速度、能量等等，可以对特定状态下气体分子进行研究；
2.宏观量：表示大量分子集体效应的物理量。如：气体的体积(V）、温度(T)、压强(P)等等，比较容易掌握气体状态变化规律；
3.状态参量：体积V(m3), 压强P(Pa), 温度T(K)之间是可以建立计算模型的。
4.气体与外界没有能量和物质的交换时，内部也无任何形式的能量转换，则压强P、体积V、温度T变化很小或不变化，从而达到热平衡，保持气体状态不变。
5.我们可以将气体状态变化按等温变化、等容变化、等压变化来分析，可以建立理想气体状态方程从而开展压缩气体的研究和利用。
理想气体状态方程是描述理想气体在处于平衡态时，压强P、体积V、温度T之间关系的状态方程。它建立在玻义耳-马略特定律、查理定律、盖-吕萨克定律等定律的基础上，由法国科学家克拉珀龙（Benoit Pierre Emile Clapeyron）于1834年提出。当气体与外界进行能量交换时，则压强P、体积V、温度T会发生变化，其变化规律可以通过理想气体状态方程来计算。
理想气体状态方程可用以下方程表示：
PV=nRT
式中：p为压强（Pa），V为气体体积(m3)，T为温度(K)，T=273+摄氏度数，n为气体的物质的量(mol)，R为摩尔气体常数（也叫普适气体恒量）(J/（mol.K）)，对任意理想气体而言，R是一定的，约8.31441±0.00026J/(mol·K)。
在一个与外界没有交换的密闭空间内的理想气体的状态方程为：
知识点：标准状况下的气体摩尔体积
标准状况：0℃、1.01×105Pa，1mol任何气体摩尔体积为22.4L。（可以是单一纯净的气体，也可以是混合气体）。
理想气体状态方程应用举例：
当一个客户已经有了空压机站，但随着生产的扩大或管线阻损变大及泄漏增加，系统压力不够用了，需要增加空压机，怎么算（见图6）？
例1，当一个客户已经有了空压机：6m3/min-7bar，但随着生产的扩大或管线阻损及泄漏的增加，系统压力掉到5bar了，不够用了，想让系统压力到达7bar，需要增加空压机，怎么计算？
解答：
1.先测量现有压缩空气气量V1=6m3/min 和目前的压力P1=5bar；
2.再根据需要的压力P2=7bar，利用理想气体状态方程计算需要的总气量V2:
V2=V1*（P2/P1)=6*(7+1)/(5+1)=8m3/min
3.最后算出需要增加气量V3:
V3=V2-V1=8-6=2m3/min
4.为满足现有的用气需求所要增加多少气量，建议增加足够的气量以便不仅满足目前的用气要求，还把将来的需求和泄漏因素考虑进去，比如乘以系数1.2等。注意：净化设备需要同步增加！
例2，当一个客户已经有了空压机，20m3/min-7bar，但随着生产的扩大或管线阻损及泄漏的增加，系统压力掉到4.5bar了，不够用了，想让系统压力到达7bar，需要增加空压机，怎么计算？
可以使用“欠压补充计算器”更快更便捷（见图7）。
4、空气性质
空气是地球周围的气体，它分层覆盖在地球表面，透明且无色、无嗅、无味的气体混合物。它由多种气体组成，但主要由氮气和氧气组成，对人类的生存和生产有着重要的影响。
在0℃及一个标准大气压下（1.013×105 Pa）空气密度为1.29kg/m3 ，其摩尔体积为22.4 L/ mol ，空气的相对分子质量是29，在0℃、760mmHg柱时的密度为1.293g/m3。
空气之中恒定组成部分为氧气、氮气、稀有气体，他们的含量百分比，在海拔100 km以内几乎不变。以体积含量计，氧约占20.95%，氮约占78.09%，稀有气体约占0.934%。空气不是一种纯化学物质，因此其组份可用分离法分离出来，例如工业上大规模生产氧气、氮气就是从空气中分离出来的，通常是采用液态空气分馏法来实现。
以下是与我们压缩空气行业相关的一些特性：
地球内部的引力和内部的磁场所造成的大气压力，海拔越高大气压越低，气体密度随离地面高度的增加而变得愈来愈稀薄。通常我们把海平面（海拔高度0m）的大气压作为标准大气压（1.013×105Pa）。因此，我们在计算压缩空气的时候在沿海地区通常不需要考虑海拔高度对计算的影响，但是在海拔高度大于1km时，比如高原地区，应该要把海拔高度因素考虑进去，后面会有举例说明（见图8）。
2.空气是物理作用下多种气体的混合物，其中：氮78%、氧21%、氩0.93%、二氧化碳0.03%、氖0.0018%，此外还有其它惰性气体、臭氧、水气和尘埃等。其成分中恒定组成部分为氧气、氮气、稀有气体，可变组成部分为二氧化碳和水蒸气，它们在空气中的含量随工业化、植被覆盖率、地理位置、温度及气候不同会有变动。比如温室效应，双碳经济等就是由于二氧化碳人为排放过多而引起全世界关注。压缩空气干燥设备就是为了解决空气中水蒸汽而诞生的。后面我们会举例压缩空气节能可以减少多少碳排放量及空气的露点温度变化（见图9）。
3.空气经过外部能量可以被压缩或者膨胀，增加或减少其内能和势能空气，就是我们常说的压缩空气或真空。当我们在描述压缩空气或真空时，通过压力、流量与温度这三个基本指标来定义和计算（见图10）。
4.空气质量的好坏反映了空气污染程度，它是依据空气中污染物浓度的高低来判断的。空气中的污染物主要是指：烟尘、总悬浮颗粒物、可吸入颗粒物（PM10）、细颗粒物（PM2.5）、二氧化氮、二氧化硫、一氧化碳、臭氧、挥发性有机化合物等等。按照《环境空气质量标准》（GB3095-2012）来判定。在压缩空气应用中，我们主要是关注空压机站房的空气质量，通常在GB 50029-2014《压缩空气站设计规范》有规定。空压机站房空气质量好坏会影响到压缩空气系统设备的运行（见图11）。
5.压缩空气或真空的质量主要是对空气中污染物如：水（包括水蒸气、凝结水）、悬浮物、油（包括油雾、油蒸气）、菌、味等含量指标高低的要求。通常我们是要求压缩空气或真空中尘、油和水含量通过《压缩空气 第1部分：污染物净化等级》GB/T 13277.1-2008或《压缩空气-第1部分杂质和质量等级》ISO8573.1-2010（见图12）。
6.空气可以视作是干燥的空气和水蒸汽的混合物。含有水蒸汽的空气称为湿空气。相对湿度通常在0%～100%（见图13）。
我们在计算和定义压缩空气或真空时，通常会遇到压缩空气行业标准中有“标准工况”这个术语，其描述空气进气相对湿度为0%。但是在螺杆空压机的主机设计参数中，我们通常可以看到空气进气相对湿度为60%；在干燥器设计时，空气的进气相对湿度为100%。
7.一定量的空气中水蒸气含量可以通过压力或温度变化改变（见图14）。
压缩空气水蒸气含量可以用露点表示。通常有常压露点和压力露点来表示在环境大气压或一定压力下压缩空气中水水蒸汽的含量。单位℃表示。
例3，举例计算某空压机吸入空气中的总水量。
问：相对湿度60%，环境温度30℃时，26.7m3/min的空压机运行1小时共吸进水量是多少？
答：查看空气相对湿度图表（见图15）
1.找到相对湿度60%曲线，
2.从温度30℃划直线过来，
3.再看相对湿度60%曲线与温度30℃横线交叉点对应的水含量是20g/m3；
4.计算该空压机运行1h吸入水量：
L=20g/m3x26.7m3/min=534g/min=32kg/h。
<注：本文未完待续，更多精彩见下期——>
来源：本站原创
网友评论
条评论
最新评论