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气体常识

比容

 比容是单位重量物质所占有的容积,用符号V表示,气体比容单位用m³/kg,液态比容7/kg表示。

临界温度和临界压力

临界温度和临界压力:
      
因为任何气体在一点温度和压力下都可以液化,温度越高,液化所需要的压力也越高,但是当温度超过某一数值时,即使在增加多大的压力也不能液化,这个温度叫临界温度,在这一温度下最低的压力就叫做临界压力,例如:水的临界温度为374.15,临界压力为225.65kgf/cm²,氨的临界温度为132.4,临界压力为115.2kgf/cm²

 汽化和凝结

 汽化是指物质由液态变成气体的过程,其包括蒸发和沸腾。凝结是汽化的逆过程,也即由气体变成液体的过程。汽化器就是利用汽化原理而设计的,冷凝器是利用冷凝原理设计的。

 压力

    包围在地球表面一层很厚的大气层对地球表面或表面物体所造成的压力称为大气压”,符号为B;直接作用于容器或物体表面的压力,称为绝对压力,绝对压力值以绝对真空作为起点,符号为PABS
      
用压力表、真空表、U型管等仪器测出的压力叫表压力(又叫相对压力),表压力以大气压力为起点,符号为Pg。三者之间的关系是:PABS==B+Pg压力的法定单位是帕(Pa),大一些的单位是兆帕(Mpa1Mpa=106,1标准大气压=0.1013Mpa在旧的单位制中,压力用kgf/cm²(公斤/平方厘米)作单位,1kgf/cm²=0.098Mpa

温度

  温度是物质分子热运动的统计平均值。绝对温度:以气体分子停止运动时的最低极限温度为起点的温度,记为T。单位为开(开尔文),符号为K。摄氏温度:以冰的溶点为起点的温度,单位为摄氏度,符号为。此外英国科学家还经常用华氏温度,符号为º F。温度单位之间的换算关系是:TK=t+273.16 tº F=1.8t +32

 露点

  露点是指气体中的水份从未饱和水蒸气变成饱和水蒸气的温度,当未饱和水蒸气变成饱和水蒸气时,有极细的露珠出现,出现露珠时的温度叫做露点,它表示气体中的含水量,露点越低,表示气体中的含水量约少,气体越干躁。露点和压力有关,因此又有大气压露点(常压露点)和压力下露点之分。大气压露点是指在大气压力下水份的凝结温度,而压力下露点是指该压力下的水份凝结温度,两者有换算关系(可查换算表),如压力0.7Mpa时压力露点为5,则相应的大气压(0.101Mpa)露点则为-20。在气体行业中,若无特殊说明,所指的露点均为大气压露点。

 纯度

  纯度是氮气的一个重要技术参数,按国标氮气的纯度分为工业用氮气、纯氮和高纯氮三级,它们的纯度分别为99.5%O2小于等于0.5%,99.99%O2小于等于0.01%)和99.99%O2小于等于0.001%)。

流量

  流量是指气体流动过程中,单位时间内通过任一截面的气体量。流量有两种方式来表示,即体积流量和质量流量。前者指通过管路任一截面的气体体积,后者为通过的气体质量,在气体工业中一般均采用体积流量以m³/h(或L/H)为计量单位。因气体体积与温度、压力和湿度有关,为便于比较通常所说的体积流量是指标准状态(温度为20,压力为0.101Mpa,相对湿度为65%)而言,此时的流量以Nm³/h为单位,"N"即表示标准状态。 

空气可压缩性

空气具有可压缩性,经空气压缩机做机械功使本身体积缩小、压力提高后的空气叫压缩空气。压缩空气是一种重要动力源。与其它能源比,它具有下列明显的特点:清晰透明、输送方便、没有特殊的有害性能,没有起火危险,不怕超负荷,能在许多不利环境下工作,空气在地面上到处都有,取之不尽。空压机排出的压缩空气里含有很多杂质:
      1
、水,包括水雾、水蒸气、凝结水;
      2
、油:包括油污、油蒸气;
      3
、各种固态物质如:锈泥、金属粉末、橡胶粉末、焦油粒及滤材、密封材料的细末等;此外还有多种有害的化学异味物质等。压缩空气可以通过加压、降温、吸附等方法来除去其中的水蒸气。可通过加热、过滤、机械分离等方法除去液态水份。

吸附

  吸附是气体中一个或多个组分在多空固体表面的选择性浓缩,被吸附的组分称作吸附介质,多孔固体称为吸附剂。吸附剂与吸附介质的连接力是化学键,而吸附介质的解析靠升温或降低该组分在气压中分压。另一种情况是吸附组分与固体吸附剂去化学反应时,称为化学吸附,化学吸附一般情况下不能再生。   

氧的理化性质

    1、氧在常温常压下为无色无嗅无味的气体,液化后呈蓝色。 
      2
、氧的分子量为32.0,熔点(101.325Kpa)
-218.8,沸点(101.325kpa)-183.0,液体密度(90.18k101.325kpa)1141kg/m³,气体密度(0,101.325kpa)1.4289kg/m³,临界温度为-118.6,临界压力为5043kpa 
      3
、氧本身不燃烧,但能助燃。氧的化学性质活泼,能与多种元素化合发出光和热,立即燃烧。当氧与易氧化物质反应产生的热积蓄到一定程度时就会自燃。当空气中氧的浓度增加时火焰的温度和火焰长度增加,可燃物的着火温度下降。氧与氢的混合气具有爆炸性。液氧和有机物及其它易燃物质共存时,特别是在高压下,也具有爆炸的危险性。 
      4
、氧微溶于水、酒精等。

毒性:

      氧是空气中的主要成分之一,占正常空气的21.0%,使一切动植物内的组成成分。氧参与有机体内的各种代谢过程,是生命轰动鼻部可缺的元素之一。但是。正常人体制需要一定浓度的氧,氧的浓度过高或过低都会对人有害。氧的分压过高会引起氧中毒

  在常压下,氧的浓度超过40%时,就会发生氧中毒的可能性。人的氧中毒主要有两种类型:

     1)肺部--主要发生在氧分压为1-2个大气压,相当于吸入氧浓度40%-60%左右。开始时,胸骨后稍有不适感,伴轻咳,进而感到胸闷、胸骨后烧炙感和呼吸困难、咳嗽加剧。严重时可发生肺水肿、窒息。

 2)神经型--主要发生于氧分压在3个大气压以上时,相当于吸入氧浓度80%以上。开始多出现口唇或面部肌肉抽动、面色苍白、眩晕、心跳加速、虚脱,继而出现全身强直性癫痫样抽搐、昏迷、呼吸衰竭而死亡。

      如果氧的供给不足或由于体内氧的代谢过程发生障碍,无法获得足够的氧或正常利用氧,以致产生一系列变化,甚至危及生命这就是缺氧。下面是不同缺氧情况下的症状和后果: 

氧含量(体积百分比)

症状(大气压下)

15-19%

工作耐力下降,可引发冠状、肺部及循环系统问题的早期病变

12-14%

呼吸急促,脉搏加快,损坏平衡系统判断能力

10-12%

呼吸进一步加快,判断能力很差,嘴唇发青

8-10%

精神恍惚,晕厥,意识丧失,脸红,嘴唇发青,恶心,呕吐

6-8%

八分钟致死,四五分钟经治疗可恢复

4-6%

四十秒昏迷,痉挛,呼吸停止,死亡

     安全防护:

      液氧用杜瓦瓶或槽车贮运。存放时必须与可燃物隔绝,避免受热。液氧槽车最好放在室外。氧无腐蚀性,但是,铝合金应尽量避免使用。

  有水分时,对金属有腐蚀作用,所以,对装置都应事先除水分。适用的材料有不锈钢、铜、铜合金、镍、镍合金、玻璃等材料。要避免使用碳钢和低合金钢。对液氧科使用聚四氟乙烯、聚三氟氯乙烯聚合体和氟橡胶,避免使用聚乙烯、聚丙烯等可燃材料。如果发生火灾,有来不及转移时,对槽车要浇水冷却,以防受热爆炸以及爆炸后流出的液氧急剧助长火势。但是浇水时,一定要避免将水直射在安全阀上,避免其冷却而失灵。

      当泄露的液氧引起木材、纸张等燃烧时,如有可能,首先切断气流,制止溢漏,然后用足量的水去扑灭。当液氧与液体燃料相遇而起火时,要按下列方法救火。当溢漏的液氧流到大量燃料上起火时,首先要切断液体燃料源,然后进行灭火。当液体燃料和液氧已经混合而尚未起火时,要立即切断所有火源,迅速脱离危险区,任其液氧自行蒸发。如果是水溶性燃料,则可用水稀释,以压火势。但是此方法对非水溶性燃料 不适用,必须等液氧全部蒸发后才可用适当的灭火剂灭火。

      液态氧能刺激皮肤和组织,引起冷烧伤。从液态氧蒸发的氧气易被衣服吸收,而且遇到任何一种火源均可引起急剧地燃烧。

      氧中毒治疗应及时,加强通风,改吸空气,安静休息、保持呼吸道通,给予镇静、抗惊厥药物,防止肺部继发感染。

缺氧的救治,关键在于除去造成缺氧的原因和防止脑水肿。一般应立即撤离现场,吸入氧气,宜用正压给氧,有条件时,可采用高压氧治疗。心跳停止时,要进行人工呼吸,心脏按摩,尽快地使患者复苏。当皮肤接触液氧时,应立即用水冲洗,伤重者用就医诊治。

氨的理化性质

氨的理化性质:
      1
、在常温常压下为具有特殊性恶臭的无色有毒气体,比空气轻。氨在常温下稳定,但是在高温下可分解成氢和氮。一般在一个大气压下450-500时分解,如果有铁、镍等催化剂存在,可在300时分解。
                                                                 2NH3 =3H2+N2
      2
、氨的分子量为17.031,标准状态下沸点为-33.35,临界温度为132.4,临界压力为1127Kpa,临界比容为4.130L/kg,标准状态下凝固温度为-77.7
      3
、饱和温度和饱和压力见下表:   

饱和温度℃

-70

-60

-50

-40

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

饱和压力Kgf/m²

0.1114

0.2233

0.4168

0.7318

1.219

1.546

1.940

2.410

2.966

3.619

4.379

饱和温度℃

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

饱和压力Kgf/m²

5.259

6.271

7.427

8.741

10.225

11.895

13.765

15.850

18.165

20.727

    4、在空气中可燃,但一般难以着火,如果连续接触火源就燃烧,有时也能引起爆炸。如果有油脂或其它可燃物质,则更容易着火。在氧中燃烧时发出黄色火焰,并生成氮和水。
                                                  4NH3+3O2=2N2+6H2O
     5
、氨在一氧化二氮中也能发生爆炸,爆炸浓度极限为2.2%-72%
     6
、氨微溶于甲醇、乙醇、二氯甲烷和乙醚。
     7
、液氨的蒸发潜热仅次于水而很大,
0时为301.8Cal/g。因此具有类似水的性质,能溶解许多物质。其溶液也显示出许多与水溶液类似的性质。液氨能溶解铵盐,各种金属销盐酸、碘化物、酚类和胺类。
危险性:
氨和一些物质混合接触时的危险性如下表示:

  

混合接触危险物质名称

化学式

危险等级

摘要

氯酸钾

KClO3

A

有刺激反应的危险性

氯酸钠

NaClO3

A

有刺激反应的危险性

高氯酸钠

NaClO4

A

有刺激反应的危险性

过氧化氢

H2O2

A

过氧化钠

Na2O2

B

硝酸铵

NH4NO3

A

硝酸钠

NaNO3

B

高锰酸钾

KMnO4

C

乙醛

CH3CHO

C

有刺激反应的危险性

硝酸

HNO3

A

接触气体便有着火的危险性

硫酸

H2SO4

C

三氧化铬

CrO3

B

三氧化铬分解时有产生白炽光的危险性

亚氯酸钾

KCLO2

A

有对冲击敏感(生成亚氯酸铵)的危险性

亚氯酸钠

NaClO2

A

有对冲击敏感(生成亚氯酸铵)的危险性

溴酸钠

NaBrO3

A

有刺激反应的危险性

次氯酸

HClO

B

有爆炸的危险性

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

毒性:
      
最高允许浓度:25ppm(18mg/m³)
氨主要是通过呼吸道吸入,此外,也可以通过皮肤吸收。
吸入高浓度氨气引起喷嚏、流延、咳嗽、恶心、头痛、出汗、脸面充血、胸疼、呼吸急促、尿频、眩晕、窒息感、不安感、胃疼、闭尿等症状。刺激眼睛引起流泪、眼疼、视觉障碍。皮肤接触后引起皮肤刺激、
皮肤发红、可导致灼伤和糜烂。慢性中毒时患者出现头痛、噩梦、食欲不振、易于激动、慢性结膜炎、慢性支气管炎、血痰、耳鸣等。吸入氨气的患者应立即转移到安全区安置休息并保暖。咳嗽时可服可待因。呼吸微弱或停止时立即进行输氧或人工呼吸。并速叫医生来诊治。皮肤接触时,立刻用水冲洗后再用肥皂水洗净,然后盖上用5%醋酸、柠檬酸、酒石酸或盐酸浸湿的敷料,也可用2%以上的硼酸水湿敷。被液氨冻伤时,首先要适当解冻后脱下冻结的衣服。脱衣时要注意不要扯破皮肤,特别要注意腋窝及会阴等潮湿部位。眼睛受伤时,先用水清洗,或用0.5%-1%明矾溶液洗涤,然后滴入凡士林油或橄榄油。剧烈疼痛时,可滴入大约1-21%的奴佛卡因或滴入10.5%的地卡因肾上腺素(1:1000)溶液。


安全防护:
     
接触低浓度氨时,要戴氨用防毒口罩,接触高浓度氨时要用供气面罩。处理水溶液时,要穿高腰胶鞋、防护眼镜、戴胶手套等。瓶装氨要存放在室外阴凉干燥通风良好处,避免阳光直射,避免一切可能的撞击。如在室外存放,一定要与其它化学药品,特别是氧化性气体、卤素及酸类隔离,设备管道要严格密封,可用肥皂水、浸过盐酸的布(遇氯生成氯化铵白烟)或靠其臭味探漏。
氨在室温或高温,水解或不水解,都腐蚀一些金属材料,所以有必要选择适当的材料,。在干燥的氨气中,可以使用奥氏体不锈钢,铁硅合金、铜和锌合金、镁合金、镍、梦乃尔、耐蚀镍基合金、银和银合金、钽。但是在潮湿的氨气中不能使用铜和铜锌合金、镍、蒙乃尔、银和银合金,可以使用碳钢。可以使用聚四佛乙烯、聚三佛氯化乙烯聚合体,聚乙烯、天然橡胶、丁晴橡胶、氯丁橡胶、海帕伦、丁基橡胶、硅橡胶和氧化橡胶。
     
着火时首先要关闭钢瓶阀门,止住气体流出。灭火可用雾状水、二氧化碳、泡沫和干粉灭火剂。
当出现氨泄露时,用湿草席等盖在泄露处或漏出来的氨液上,然后从远处用水管冲洗。气体大量喷出时,在远处用喷射雾状水吸收。液体附着物要用大量水冲洗或用含盐酸的水中和。

 氢气的物化性质

氢的物理性质: 
      1
、氢是一种无色、无嗅、无味的气体,在标准状态下,(温度为0,压力为101.325kPa),密度是0.08987g/L,是空气的2/29 
      2
、氢的分子运动速度最快,故具有最大的扩散度和很高的导热性,其导热能力是空气的七倍。 
      3
、氢的沸点为-252.78,熔点为-259.24 
      4
、液态氢是无色透明的液体,比重是0.070g/cm³(-252),固态氢是雪状固体,比重是0.0807g/cm³(-262) 
氢的化学性质: 

1、氢气的燃点较高,为574,但其着火能很小,所以很容易着火,在微小的静电火花下也容易着火。氢气燃烧时,发出浅蓝色火焰,生成水,并放出大量的热:2H2+02=2H02+572.8KJ

2、在空气中的可燃范围(20101.325Kpa)4.0-74.5%。在氧气中的可燃范围(20101.325Kpa)4.0-94% 
还原性: 
      
在高温下,氢能从许多化合物中夺取氧、磷、硫、氮、氯、碳等,使化合物还原。 
氢的用途: 
     1
、由于氢气的密度小,它可用来填充气球。还广泛用于航空、焊接铅、油类氰化和照明灯。 
     2
、氢是可燃气体,可直接用作燃料,氢氧焰能达到
3000高温,可焊接,切割金属、加工石英器件、硬质玻璃、人造宝石等。 
     3
、液态氢具有重量轻、发热量高的优点,其单位重量所包含的热能,几乎是汽油的三倍,燃烧时不释放有害气体,原料丰富、运输方便、干净、无污染。液态也被用于低温技术。 
     4
、在冶金工业和电子工业中,氢主要用作保护气体和还原气体。 
     5
、大量的氢应用在化学工业中,用氢和氮合成氨制造氮肥,氢和氯直接合成氯化氢制造盐酸。在一定温度、压力和催化剂作用下,氢与一氧化碳反应产生合成汽油、甲醇等,与煤焦油、石油残油等作用制造人造石油和其他化工原料。依靠铂和镍的催化作用,氢还可以跟常温下为液态的不饱和油脂化合发生氢化反应,使其变为常温下固态的硬化油脂,用于制造肥皂和人造奶油等。 
     6
、在气体制造工业也常用氢来催化除氧,精制氮和惰性气体。 
     7
、氢还被用来冷却几十万千瓦的大型发电机,以及应用于原子能行业,氢可被用作贮存能量的手段,氢气的远距离输送要比电力输送便宜。

氮的理化性质

氮的理化性质: 
     1.
在常温常压下,氮是无色无味无嗅的惰性气体。氮在空气中约占78.1%。液态氮也是无色无嗅,比水轻。在空气中不燃烧。常温下呈惰性,但在高温高压下有催化剂时与氰化物合成氨。 
     2.
减压放电可得到活性氮。在高温与金属化合成氮化物(Mg3N2Cu3N2)。在1000与碳化钙反应生成氨晴钙。 
     3.
微溶于水、酒精和醚。在25101.325kpa时的溶解度在甲醇中为16.45mL/100mL、在乙醇中为14.89mL/100mL,在乙醚中为29.30mL/100mL,在水中的溶解度为0.02354mL/g0),0.01258mL/g30),0.01023mL/g60)。 
     4.
氮的分子量为28.0134,熔点(三相点,12.53kPa)是-210.0,液体密度(-210.012.534kPa)为869.5kg/m³,导热系数(100kPa280K)是0.02447W/M-K)。
毒性: 
      
氮本身无毒,无刺激性,吸入的氮气任以原形通过呼吸道排出。然而,空气中含氮量增加会造成氧的稀释,影响人的正常呼吸。高浓度的氮气可引起窒息。液氮接触皮肤能引起了冷烧伤。吸入高浓度氮气的患者应迅速转移到空气新鲜处,安置休息并保持温暖。皮肤接触液氮时立即用水冲洗,如果产生冻疮,须就医诊治。 
安全防护: 
      
氮气要用受压钢瓶存储,液氮要用绝热容器、槽车贮运。氮无腐蚀性,容器材料在常温下可使用碳钢、不锈钢、铜、铜合金、铝等通用金属和普通的塑胶材料;对液氮可使用镍钢(90%Ni)、不锈钢、铜、黄铜和贵青铜。在低温下可使用聚四佛乙烯和聚三佛氯乙烯聚合体。 
      
当出现火情时,氮气可以用来灭火,但禁止往液氮容器中灌氮气的水。废气可排入大气中。

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