空分塔頂部氣氮與液氮處于共存的原因是由于它們處于飽和狀態(tài),且在這個(gè)狀態(tài)下氣態(tài)和液態(tài)的氮可以相互轉(zhuǎn)換并保持相同的溫度。
在空分塔中,氣氮與液氮處于共存的飽和狀態(tài),氣態(tài)和液態(tài)的氮具有相同的溫度,即飽和溫度。這是因?yàn)樵谝欢ǖ膲毫蜏囟认?,液體和氣體之間可以保持一種動(dòng)態(tài)平衡,即液體不斷蒸發(fā)為氣體,同時(shí)氣體也不斷冷凝為液體,兩者的量達(dá)到一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。
飽和狀態(tài)下的氣氮和液氮雖然溫度相同,但它們的能量狀態(tài)是不同的。要使溫度已達(dá)到沸騰溫度的液體氮變成氣體氮,必須繼續(xù)吸收熱量,以增加分子運(yùn)動(dòng)的能量,克服液體狀態(tài)下分子間較大的引力,使其轉(zhuǎn)變?yōu)檫\(yùn)動(dòng)較為自由的氣體分子狀態(tài)。反之,要使飽和氣氮變成同樣溫度下的飽和液氮,則必須放出熱量,以減少分子運(yùn)動(dòng)的能量。這種能量差異導(dǎo)致了在飽和狀態(tài)下,氣氮和液氮可以共存。
在空分設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中,通過(guò)精確控制空分塔內(nèi)的壓力和溫度,可以實(shí)現(xiàn)對(duì)氣氮和液氮產(chǎn)量的調(diào)節(jié)。