这两种情况均会破坏冷量平衡，反映在液氧面下降或液氧面上升。这时，均需对制冷量做相应的调整，以便在新的基础上达到新的平衡。 什么叫冷量损失，冷量损失分哪几种? 答：比环境温度低的物质所具有的吸收热量的能力。这种低温的获得是花费了一定的代价——压缩气体消耗功，将气体压缩后再进行膨胀获得的。如果这部分冷量未能加以回收利用，则称为冷量损失。它包括以下几方面：
1)热交换不完全损失Q2(或q2)。低温气体的冷量是通过装置内的各个换热器加以回收的。在理想情况下，低温返流气体在离开装置时，应该复热到与正流气体进装置时的温度相等。即热端温差达到零，冷量才能全部加以回收。但是，热量只能从高温物体传给低温物体。在换热器内实现从高温物质向低温物质传递热量，必定存在温差。在热端的温差△t反映了出装置的低温气体温度低于进装置的空气温度，即冷量不可能得到充分回收，该冷量损失叫“热交换不完全损失”。它与该温差的大小成正比。
2)跑冷损失Q3(或q3)。空分设备内部均处于低温状态，虽然在保冷箱内充填有绝热材料，由于外部的环境温度高于内部温度，或多或少会有热量传到内部。外部传入的热量，实际上就是使低温气体的同样数量的冷量没有得到充分利用。因为外部传入热量，会造成低温气体温度升高。如果要使内部温度维持稳定，就要设法将传入的热量带出装置，即要消耗同样数量的冷量，这称为“跑冷损失”。
3)其他冷损失Q1(或q1)。除上述两种冷损外，在对低温吸附器进行再生和预冷时，在排放液体时，或当装置、阀门发生泄漏时，都需要额外消耗一部分冷量，或损失掉一部分低温液体(或气体)的冷量。这些冷损属于其他冷损之范围。
空分设备的节流效应制冷量是否只有通过节流阀的那部分气体(或液体)才产生?
答：在空分设备中，制冷量包括膨胀机制冷量和节流效应制冷量两部分。中压空分设备的膨胀空气进下塔液化后，还要通过液体节流进上塔，而低压空分设备的膨胀空气不再通过节流阀。那么，是否只有通过节流阀的那部分气体(或液体)才产生节流效应制冷量呢?实际上并非如此。
节流效应制冷量是由于压力降低，体积膨胀，分子相互作用的位能增加，造成分子运动的动能减小，引起气体温度降低，使它具有一定的吸收热量的能力。对整个空分设备来说，进装置时的空气压力高，离开空分设备时压力降低，理论上温度可复热到进装置时的温度。此时，低压气体的焓值大于进口时的焓值，它与进口气体的焓差就是节流效应制冷量，不论这个压降是否在节流阀中产生。
气体在膨胀机中膨胀时，计算膨胀机的制冷量只考虑对外作功而产生的焓降。实际上，在压力降低时，同时也增加了分子位能，因而也应产生一部分节流效应制冷量。这部分制冷量并不单独计算，而是按出装置时的低压气体与进装置的压力气体的总焓差，已表示了装置的总的节流效应制冷量。在调节膨胀机的制冷量时，也不影响节流效应制冷量的大小。
节流阀与膨胀机在空分设备中分别起什么作用?
答：气体通过膨胀机作外功膨胀，要消耗内部能量，温降效果比节流不作外功膨胀时要大得多。尤其是对低压空分设备，制冷量主要靠膨胀机产生。但是，膨胀机膨胀的温降在进口温度越高时，效果越大。并且，膨胀机内不允许出现液体，以免损坏叶片。
因此，对于中压空分设备，出主热交换器的低温空气是采用节流膨胀进入下塔的，以保证进塔空气有一定的含湿。 对低温液体的膨胀来说，液体节流的能量损失小，膨胀机膨胀与节流膨胀的效果已无显著差别，而节流阀的结构和操作比膨胀机要简单得多，因此，下塔的液体膨胀到上塔时均采用节流膨胀。
由此可见，在空分设备中，节流阀和膨胀机各有利弊，互相配合使用，以满足制冷量的要求。制冷量的调节是通过调节膨胀机的制冷量来实现的；空分塔内的最低温度(-193℃)则是靠液体节流达到的。
能否靠多开一台膨胀机来增加制冷量? 答：膨胀机的制冷量是根据整个空分设备对冷量的需求量来确定的。在装置的启动阶段，为了使装置尽快冷却和积累液体，往往采用多开一台膨胀机，增大膨胀空气量，以增加总制冷量。
装置在正常运转时，制冷量主要是平衡装置的冷量损失和生产少量液态产品所需的冷量。一般来说，按设计工况开一台膨胀机就能满足要求。当开一台膨胀机不能维持正常液面时，一定是有内部泄漏等非正常的冷量损失。这时，光靠增开膨胀机来增大制冷量并不能解决根本问题。而是应该首先找出冷损增大的原因。
如果想增加液态产品的产量而在正常生产时多开一台膨胀机，单从冷量平衡的角度是可以的，但是过多的膨胀空气进上塔，将会破坏上塔的精馏工况，降低氧的提取率。同时，多取液体还会影响塔内换热器的工况及精馏塔的回流比等，所以也是受到限制的。
需要说明的是，膨胀机的制冷量不仅与膨胀量有关，还与膨胀机进、出口的参数有关。也可能出现开两台膨胀机的总制冷量不如一台膨胀机满负荷运转时来得大的情况。例如，一台膨胀量为2700m3/h的膨胀机，在机前参数为：p1=0.55MPa，T1=123K；机后参数为：P2=0.125MPa，T1=85K的状态下运转，则单位制冷量为△h=h1-h2=8270(kJ/kmol)-7264(kJ/km01)=1006kJ/kmol，总制冷量为
如果两台膨胀机同时运转，由于采用机前节流，总膨胀量为3500m3/h，机前参数为：P1=0.50MPa，T1=113K；机后参数为：p2=0.125MPa，T1=83K的状态下运转，则单位制冷量为Ah=h1-h2=7955(kJ/kmol)-7200(kJ/kmol)=755kJ/kmol，总制冷量为
由此可见，在这种情况下还不如停一台膨胀机，既可减小膨胀量对精馏工况的影响，又可使切换式换热器在正常工况下工作，防止冷端过冷或膨胀机后温度过低。
为什么说主冷液氧面的变化是判断制氧机冷量是否充足的主要标志? 答：空分设备的工况稳定时，装置的产冷量与冷量消耗保持平衡，装置内各部位的温度、压力、液面等参数不再随时间而变化。主冷是联系上、下塔的纽带，来自下塔的上升氮气在主冷中放热冷凝，来自上塔的回流液氧在主冷中吸热蒸发。回流液量与蒸发量相等时，液面保持不变。
加工空气在进入下塔时，有一定的“含湿”，即有小部分是液体。大部分空气将在主冷中液化。对于低压空分设备，进下塔的空气是由出主热交换器冷端的空气和经液化器的空气混合而成的；对于中压空分设备，是由膨胀空气和出换热器后经节-1阀节流降压的空气混合而成的。在正常情况下，它们进塔的综合状态都有一定的“含湿量”(液化率)。进塔的空气状态是由空分设备内的热交换系统和产冷系统所保证的。
当装置的冷损增大时，制冷量不足，使得进下塔的空气含湿量减小，要求在主冷中冷凝的氮气量增加，主冷的热负荷增大，相应地液氧蒸发量也增大，液氧面下降；如果制冷量过多，例如中压装置的工作压力过高时，空气进下塔的含湿量增大，主冷的热负荷减小，液氧
蒸发量减少，液氧面会上升。因此，装置的冷量是否平衡，首先在主冷液面的变化上反映出来。
当然，主冷液氧面是冷量是否平衡的主要标志，并不是惟一标志。因为液空节流阀等的开度过大或过小，会改变下塔的液面，进而影响主冷的液氧面的变化。但是，这不是冷量不平衡造成的，而是上、下塔的液量分配不当引起的，液面的波动也是暂时的。 为什么在空分塔中最低温度能比膨胀机出口温度还要低?
答：空分装置的制冷量主要靠膨胀机产生，但是，空分装置最低温度是在上塔顶部，维持在-193℃左右，比膨胀机出口温度(-180℃左右)要低，这是怎样形成的呢? 空分装置在启动阶段出现液体前，最低温度是靠膨胀机产生的，精馏塔内的温度也不可能低于膨胀后温度。但是，当下塔出现液体，饱和液体节流到上塔时，压力降低，部分气化，温度也降低到上塔压力对应的饱和温度。例如，下塔顶部-177℃的液氮节流到上塔时，温度就可降低至-193℃。此外，上塔底部的液氧温度为-180℃左右，在气化上升过程中，与塔板上的液体进行热、质交换，氮组分蒸发，气体温度降低，待气体经过数十块塔板，上升到塔顶时，气体已达到纯氮，温度也降到与该处的液体温度(-193℃)相等。因此，塔内最低温度的形成是液体节流膨胀和气液热、质交换的结果。
全低压空分设备中膨胀机产生的制冷量在总制冷量中占多大的比例?
答：全低压空分设备的工作压力在0.6MPa左右，因此，节流效应制冷量很小。对每立方米加工空气而言，只有1.36kJ/m3。而装置的跑冷损失对每立方米加工空气而言在4.2～7.5kJ/m3，热交换不完全损失当热端温差为3℃时，在3.9kJ/m3左右。所以，对不生产液态产品的空分设备，总冷损在8.1～11.4kJ/m3。由此可见，在总冷损中，绝大部分要靠膨胀机制冷来弥补，所需的膨胀机制冷量为6.74～10.04kJ/m3，占总制冷量的83%～88%。一般认为，在正常工况下，对全低压制氧机，膨胀机制冷量约占总制冷量的85%～90%，节流效应制冷量占10%～15%。
当装置在启动时，或生产部分液态产品时，则全靠增大膨胀机的制冷量来弥补，这时将占更大的比例。
膨胀机制冷量的大小与哪些因素有关?
答：膨胀机总制冷量Qp(kJ/h)与膨胀量V(m3/h)、单位制冷量Ah(kJ/kmol)有关： Qp=V△h/22.4=VAht?ηp/22.4
式中的单位制冷量△^等于单位理论制冷量△ht与膨胀机效率ηp的乘积。而单位理论制冷量取决于膨胀前的压力、温度和膨胀后的压力。因此，膨胀机的制冷量与各因素的关系为：
1)膨胀量越大，总制冷量也越大。但是，对于低压空分设备，膨胀空气直接送入上塔参与精馏，过多的膨胀空气量会影响精馏效果。这是分离过程所不希望的。
2)进、出口压力一定时，机前温度越高，单位制冷量越大。例如。当膨胀机前的绝对压力为0.55MPa，机后压力为0.135MPa时，不同的机前温度下的单位理论制冷量如表13所示：
表13 膨胀机前温度对单位制冷量的影响
膨胀机前温度T1/K 303 273 243 213 183 163 143 单位理论制冷量△ht/kJ?kmol-1 2850 2470 2300 2010 1720 1 510 1300
但是，机前温度提高，膨胀后的温度也会提高，气体直接进入上塔会破坏精馏工况。在正常生产时，温度提高幅度是有限制的。
3)当机前温度和机后压力一定时，机前压力越高，单位制冷量越大。例如，当膨胀机的进口温度为160K，出口绝对压力为0.135MPa时，不同进口压力下的单位理论制冷量如表14所示。
表14膨胀机前压力对单位制冷量的影响 膨胀机前压力p1/MPa 1.0 0.9 0.8 0.7 0.6 单位理论制冷量△ht/kJ?kmol-1 1970 1890 1800 1605 1570
对于低压空分设备，原先流程的膨胀机进口压力取决于下塔压力，即接近空压机出口压力。采用增压透平流程后，利用膨胀机对外作功来带动增压机，压缩来自空压机的膨胀空气，可将膨胀机的进口压力提高到1.0MPa左右，增大了单位制冷量。在所需的总制冷量一定的情况下，就可以减少膨胀空气量，有利于上塔的精馏。
4)膨胀机后压力越低，膨胀机内的压降越大，单位制冷量越大。但是，由于膨胀后气体进精馏塔，压力变化的余地不大。
5)膨胀机绝热效率越高，制冷量越大。
什么叫膨胀机制冷量，如何确定?
答：膨胀机对外输出功造成气体的压力、温度降低，焓值减小。气体减少了能量，使它增加的吸热能力，称为膨胀机的制冷量。因此，膨胀机的制冷量也就是指它在膨胀过程中对外作功的大小，等于气体在膨胀过程减小的焓值。当膨胀机进口的比焓为h1，出口的比焓为h2时，单位数量的气体的制冷量即为h1-h2。已知膨胀机进、出口气体的温度和压力，可以从气体的热力性质图上查到相应的比焓值。
目前常用的气体的热力性质图有温一熵图(T-s图)或焓-熵图(h-S图)。在温-熵图(图28)上，纵坐标为温度T(K)，横坐标为熵s(kJ/kmol?K)。在图上画有等压线、等焓线。根据两个参数(温度、压力)可确定一个状态点，可查出相应的比焓及熵值。例如，当膨胀机的进口绝对压力P1=3.0MPa，进口温度为-85℃(T1=188K)时，可查到该点的比焓h1=4880kJ/kmol。出口绝对压力为P2=0.6MPa，温度为-125℃(T2=148K)时，比焓为h2=4040kJ/kmol。膨胀机的单位制冷量为△h=(h1-h2)=4880(kJ/km01)-4040(kJ/km01)=840kJ/kmol。
如果利用焓一熵图(图29)也可得到同样的结果。例如，对于低压空分设备，当膨胀机的进口绝对压力p1=0.55MPa，进口温度为T1=131.5K时，可查到该点的比焓h1=3530kJ/kmol。当出口绝对压力为p2=0.135MPa，温度为T2=94K时，比焓为h2=2540kJ/kmol。膨机的单位制冷量为△h=h1-h2=3530(kJ/kmol)-2540(kJ/kmol)=990kJ/kmol。
为什么膨胀机膨胀的温降效果要比节流大得多?
答：空气从0.6MPa节流到0.1MPa的温降只有1℃左右，而通过膨胀机膨胀，理论上温降可达80～90℃，温降效果要比节流好得多。其原因是节流过程不对外输出功，温度降低是靠分子位能增加而引起的。气体在膨胀机内膨胀时，气体要推动叶轮旋转，或推动活塞对外作功，而且膨胀过程进行很快，外界没有能量输入，理想情况下可以看成是一个绝热过程。根据能量守恒定律，输出的功只有靠减少气体的能量(焓)来维持平衡，使得气体分子运动的动能急剧减少，反映在温度大幅度下降。因此，膨胀机膨胀时，气体的温度降低不仅是因为压力降低，造成分子的位能增加，而使分子运动的动能减少引起的，更主要是由于对外作功造成的，所以温降的效果要比节流时大得多。 节流效应制冷量与哪些因素有关?
答：节流效应制冷量首先是与节流前后的压差有关，其次与进装置的温度有关。一般说来，
节流前后的压差越大，节流温降也越大，所具有的吸收热量的能力也越大，即节流效应制冷量越大。节流后排出装置的压力是接近于大气压力，变化的范围有限。因此，节流压降的大小主要取决于压缩机压缩后的压力。当排出装置的气体压力为0.1MPa，进装置的空气温度为30℃时，不同的进装置压力下的节流效应制冷量如表12所示：
表12进空分装置压力对节流效应制冷量的影响
进装置空气压力/MPa 0.6 3.0 5.0 10.0 15.0 20.0
节流效应制冷量/kJ?kmol-1 30.6 188 285 586 795 938
但是，进装置的空气压力越高，相应地空压机消耗的电能越大，对管路、设备的安全性及强度的要求也越高。并且，随着压力的升高，制冷量增加的幅度也在减小。所以，小型高压制氧机的最高压力一般也不超过20MPa，并且，在正常生产时，要尽量降低工作压力。 进装置的空气温度提高，节流效应制冷量略有减少。详见103题的解答。
空气在等温压缩后能量发生怎样变化，为什么? 答：空气在压缩过程中，是靠消耗电能来提高空气压力的。同时，气体的温度也会升高。随着气体温度升高，气体体积要膨胀，压缩更困难，要压缩到同样的压力需要消耗更多的能量。因此，为了减少压缩机的耗能量，在压缩过程中应尽可能充分地进行冷却，一般设置有中间冷却器和气缸冷却水套，用冷却水进行冷却。在最理想的情况下，空气压缩后温度不升高，与压缩前的温度相等，称为“等温压缩”。
在等温压缩时，由于温度不变，气体分子运动的动能没有变化。而压力升高后的质量比体积缩小，分子之间的距离缩小，分子相互作用的位能减小。所以，空气等温压缩后内部的能量反而是减少的。从空气的热力性质图可查到，在同样温度下的空气比焓随压力升高而减小。
为什么空气在压缩时消耗了大量的电能，空气压力提高，空气的能量反而减小了呢?这是否违反能量守恒定律呢?实际上，空气在压缩过程中，除了从外界得到能量，对空气做功外，还向冷却水放出了大量的热，被冷却水带走。根据能量平衡，如果能量的支出大于收入，则只能靠减少内部积余来弥补。空气在等温压缩时就是属于这种情况，放给冷却水的热大于压缩机消耗的功。
为什么膨胀机膨胀的温降效果要比节流大得多?
答：空气从0.6MPa节流到0.1MPa的温降只有1℃左右，而通过膨胀机膨胀，理论上温降可达80～90℃，温降效果要比节流好得多。其原因是节流过程不对外输出功，温度降低是靠分子位能增加而引起的。气体在膨胀机内膨胀时，气体要推动叶轮旋转，或推动活塞对外作功，而且膨胀过程进行很快，外界没有能量输入，理想情况下可以看成是一个绝热过程。根据能量守恒定律，输出的功只有靠减少气体的能量(焓)来维持平衡，使得气体分子运动的动能急剧减少，反映在温度大幅度下降。因此，膨胀机膨胀时，气体的温度降低不仅是因为压力降低，造成分子的位能增加，而使分子运动的动能减少引起的，更主要是由于对外作功造成的，所以温降的效果要比节流时大得多。 什么叫节流，为什么节流后流体温度一般会降低?
答：当气体或液体在管道内流过一个缩孔或一个阀门时，流动受到阻碍，流体在阀门处产生漩涡、碰撞、摩擦，如图24所示。流体要流过阀门，必须克服这些阻力，表现在阀门后的压力P2比阀门前的压力P1低得多。这种由于流动遇到局部阻力而造成压力有较大降落的过程，通常称为“节流过程”。
实际上，当流体在管路及设备中流动时，也存在流动阻力而使压力有所降低。但是，它