爬科技树的小短文——深冷技术

北朝旧贴 | abc950309 | 8/15/2020 | 共 5505 字 | 编辑本页

abc950309 于 2017-12-29 13:30:09 发表了:

本帖最后由 abc950309 于 2017-12-29 17:30 编辑

先写资料,之后故事化一下~~背景:

空气分离有两个基本方法,分别是吸附和深冷。吸附技术并非完全不可行,从原料和工艺上将,临高现有材料能够达到旧时空我国吸附分子筛刚刚起步时的水平。但因吸附无法提供低温环境,且在当前材料科技下,无法分离氩气,深冷技术应当有更高的优先级。在深冷技术成功复原后,黑色和有色金属的冶炼、气体供应、气体纯化等方面都会有长足进步,极大缓解临高工业材料跟不上加工手段的问题。深冷技术综述:

空气液化分离和很多气体的纯化都用到了深冷技术。深冷技术在 19 世纪末、20 世纪初就有了应用。

深冷技术的核心部件,是膨胀机。膨胀机通过等熵膨胀的方式,为系统提供冷量来液化空气。在某些高压空气液化系统中没有膨胀机,具体情况还在研究。

活塞膨胀机在 19 世纪末已进入实用。透平膨胀机的设计在 1939 年由卡皮察进行了完善,他制造的透平机使用 Monel 合金。直径仅 8cm,转速 60000rpm,流量 1000 立方米每小时。后期有较低转速的透平式膨胀机出现。材料:

材料方面,主要要解决的是低温合金的问题。初期使用的材料 Monel 合金是一种镍铜合金,现代使用的一般是 9%Ni 钢或奥氏体低温钢。9%Ni 钢对杂质较为敏感,假设铬问题已得到解决,可以使用奥氏体低温钢;如铬尚未解决,则可以使用铜合金或 Monel 合金,但投资将大大提高。部分关键部件,如透平机可以使用原时空材料,在获取了氮、氩等气体的情况下,能够进行复原。

绝热可以使用真空粉末绝热。只需要在容器内壁和外壁间充满绝热粉末,再充入工作温度下能够冷凝于内壁的气体,比如二氧化碳,就可以了。绝热粉末可以使用硅藻土;二氧化碳可以使用酸与纯碱反应,再用浓硫酸洗气干燥的方法得到。测量温度使用热电偶,选择铜 - 康铜(60% 铜 + 40% 镍)。净化用分子筛采用燃烧灰与碱水混合煅烧得到的人工沸石。密封、粘接可以用小牛皮和沥青基、蜡基粘接剂。制造:

高转速情况下,一般采用空气轴承。虽然听起来很先进,但是这个技术在 19 世纪末 20 世纪初就已经出现,器件又比较小。临高的工业一向是材料跟不上加工手段,在材料许可的情况下,不会有显著问题。

低温润滑可以采用石墨润滑,脱脂烧焦的皮革(有碳化)来实现。


难忘易水寒 于 2017-12-29 18:36:12 发表了:

本想有这加工能力够生产旋转活塞泵了,但想了一下泵油解决不了,心心念念的真空技术还是实现不了


abc950309 于 2017-12-29 18:43:46 发表了:

难忘易水寒 发表于 2017-12-29 18:36

本想有这加工能力够生产旋转活塞泵了,但想了一下泵油解决不了,心心念念的真空技术还是实现不了

...

煤焦化已经有产出润滑油了,不知道能用不能?


热核弹头 于 2017-12-29 18:58:31 发表了:

镍在哪里?


难忘易水寒 于 2017-12-29 19:04:20 发表了:

abc950309 发表于 2017-12-29 18:43

煤焦化已经有产出润滑油了,不知道能用不能?

真空泵油要求在低气压环境下仍然不挥发,真空泵油的饱和蒸气压直接影响真空度的水平。

以临高现有的水平目前只能是造液环泵,液环泵如果用水的话只能到几个毫米汞柱,充其量给食品做个真空包装的水平。

工业用真空技术正常组成是机械泵(如旋转活塞泵)做初级泵,扩散泵做次级泵,卢茨泵或者涡轮分子泵做高级泵,更高的真空度还要级联吸附泵一类的。

后面的基本指望不上,初级泵和次级泵能做好就能解决很多问题了。


abc950309 于 2017-12-29 19:22:47 发表了:

热核弹头 发表于 2017-12-29 18:58

镍在哪里?

在白铜里


深潜者 于 2017-12-29 19:25:40 发表了:

难忘易水寒 发表于 2017-12-29 19:04

真空泵油要求在低气压环境下仍然不挥发,真空泵油的饱和蒸气压直接影响真空度的水平。

以临高现有的水平 ...

水银真空泵貌似不错?技术上应该不难,历史上貌似是 19 世纪中叶左右发明的,真空度好像也不错,因为水银蒸气压很低。


abc950309 于 2017-12-29 19:28:22 发表了:

难忘易水寒 发表于 2017-12-29 19:04

真空泵油要求在低气压环境下仍然不挥发,真空泵油的饱和蒸气压直接影响真空度的水平。

以临高现有的水平 ...

看了一下,说石蜡基润滑油加氢,再经过一些处理就可以。

催化剂最早是镍和硅藻土,发现在 1897 年,商业化在 1902 年。

感觉实验室规模的制造或许可能。


难忘易水寒 于 2017-12-29 19:32:25 发表了:

深潜者 发表于 2017-12-29 19:25

水银真空泵貌似不错?技术上应该不难,历史上貌似是 19 世纪中叶左右发明的,真空度好像也不错,因为水银蒸 ...

充其量生产水银液环泵,真空度受机械水平限制,而且水银蒸汽会跟着排出来。水银扩散泵的话还是需要机械泵做前级泵,扩散泵不能单独工作。


abc950309 于 2017-12-29 19:33:21 发表了:

abc950309 发表于 2017-12-29 19:28

看了一下,说石蜡基润滑油加氢,再经过一些处理就可以。

催化剂最早是镍和硅藻土,发现在 1897 年,商业 ...

顺带一说,97 年发现 02 年商业化,这才是黄金时代的速度。不要命归不要命,但是只有这样才能发展。

以临高现在爬科技树的速度,西方分分钟反超回来。


难忘易水寒 于 2017-12-29 19:35:45 发表了:

abc950309 发表于 2017-12-29 19:33

顺带一说,97 年发现 02 年商业化,这才是黄金时代的速度。不要命归不要命,但是只有这样才能发展。

以临 ...

不知道是哪个公司推广的,这段时间刚好是标准石油如日中天的时候,洛克菲勒可是个野心勃勃的人


abc950309 于 2017-12-29 19:38:16 发表了:

难忘易水寒 发表于 2017-12-29 19:35

不知道是哪个公司推广的,这段时间刚好是标准石油如日中天的时候,洛克菲勒可是个野心勃勃的人

...

是啊,所以说嘛,现在版里的气氛就是这种这也不行那也不行,完全没有开拓者的觉悟,还停留在旧时空别人修路我来走的角度上。


cqduoluo 于 2017-12-29 20:37:20 发表了:

abc950309 发表于 2017-12-29 19:33

顺带一说,97 年发现 02 年商业化,这才是黄金时代的速度。不要命归不要命,但是只有这样才能发展。

以临 ...

19 世纪末的英美都是年产钢千万吨,科学家几万,工程师几十万,制造业工人千万的经济体,已经是钢铁业成熟期了,电气化产业,包括电化学产业都很成熟了,镍从 1840 年开始发展到 1900 年全世界镍产量已经超过 1 万吨了,包括合金钢,电化学等等产业已经有了大规模应用,这是当时技术发明和商业运用的基础。

这才有不要命的基础,何况就这样 97 年发明也用了 5 年才商业化,这个速度如果搬到临高,你不会觉得快吧?

而临高除了 500 废,各个领域靠一帮文盲小学生去搞吗?你自己可以算算,就你说的深冷吧,相关领域需要多少元老才够?

当然如果不去考虑人才和原料资源的限制,那 19 世纪末 20 世纪初的技术都可以上,但那样的话,临高穿越 10 年就复制 20 世纪初,那 20 年就能复制二战技术,30 年是不是就可以复制 20 世纪末的技术了?

按这个速度发展下去,临高和曾经嘲笑的那些乱爬科技树的穿越小说有什么区别?

至于深冷空分技术,我虽然收集过一些资料,但具体的没怎么深入研究,因为我看到好多材料冶炼都要电炉,基本就没看了。

单独谈谈镍好了,从镍矿,镍精矿到电解镍,冶炼工艺流程非常长,而且好找的低品位硫化镍矿往往和铜伴生,品位也低,要生产出来投资巨大。

中国建国之后,1953 年开始自己生产镍,55 年生产了 16 吨电解镍,到 1961 年也就 400 吨的电解镍产能而已,按楼主的想法 8 年才这么点是不是慢得可怕?可现实里技术就是发展这么慢的,而且当时中国还有苏联援助,还有各种海归留学生。


abc950309 于 2017-12-29 22:40:52 发表了:

cqduoluo 发表于 2017-12-29 20:3719 世纪末的英美都是年产钢千万吨,科学家几万,工程师几十万,制造业工人千万的经济体,已经是钢铁业成熟 ...

1. 催化加氢这个,说的是实验室规模制一些。

2. 19 世纪末之所以有这样的规模,又不是他们一直保守保守出来的。

3. 现在电炉应该没有问题了。之前硅钢那块,已经出现了离网电站。

4. 气体分离这块,就是自己限制自己:没有保护气就没有好材料,没有好材料就难以制作保护气。所以就要抛离原来的高规格材料,从简单的开始嘛……


abc950309 于 2017-12-29 22:42:17 发表了:

cqduoluo 发表于 2017-12-29 20:3719 世纪末的英美都是年产钢千万吨,科学家几万,工程师几十万,制造业工人千万的经济体,已经是钢铁业成熟 ...

另外铜镍合金就是白铜,电解一下就出来了。要的量也不大。


难忘易水寒 于 2017-12-29 22:59:15 发表了:

abc950309 发表于 2017-12-29 22:42

另外铜镍合金就是白铜,电解一下就出来了。要的量也不大。

铜镍合金是白铜,但白铜不一定就是铜镍合金啊。古代的白铜基本涵盖了所有能冒充白银的合金,砷青铜才是大多数时候见到的白铜。


abc950309 于 2017-12-29 23:03:37 发表了:

难忘易水寒 发表于 2017-12-29 22:59 铜镍合金是白铜,但白铜不一定就是铜镍合金啊。古代的白铜基本涵盖了所有能冒充白银的合金,砷青铜才是大 ...

sorry……麻烦脑补下,“白铜”更改为“经过鉴定是铜镍合金的白铜”


Brain1127 于 2017-12-29 23:22:01 发表了:

abc950309 发表于 2017-12-29 22:401. 催化加氢这个,说的是实验室规模制一些。

2. 19 世纪末之所以有这样的规模,又不是他们一直保守保守出 ...

500 众的技术力量是不平均的,所以实际上还是复刻大量 19 世纪上半叶的技术,请记住,是 19 世纪(18xx 年)而不是 20 世纪的 19xx 年。你拿出来的貌似已经是 19xx 了,本位面人类已经打开了核能时代的大门上的一条门缝了。

使用 19 世纪末 20 世纪初技术的说老实话都要好好看看可行性。最简单的看看那个时代的工业国的钢产量,产业工人数量和科技人员水平。大图书馆这种资料应该都有的。看看 500 废穿越 d 日+9 年有条件搞吗。


dengjianyyy 于 2017-12-29 23:22:17 发表了:

空气液化设备完全可以从本时空带,本来合成氨厂就会有这种设备,管道压力并不大(5MPa),安装起来总是比氨合成设备容易的多。关键是,驱动空压机的东西怕是不好搞,那些 10 匹的锅驼机要几台才带的动----把几台锅驼机连动在一起恐怕就不是 500 废能做到的。


abc950309 于 2017-12-29 23:24:08 发表了:

Brain1127 发表于 2017-12-29 23:22500 众的技术力量是不平均的,所以实际上还是复刻大量 19 世纪上半叶的技术,请记住,是 19 世纪(18xx 年)而 ...

以上这些都是 1900 年前发现的。空气液化的理论十九世纪中叶就出现了,膨胀机是在十九世纪末出现的。


abc950309 于 2017-12-29 23:25:09 发表了:

Brain1127 发表于 2017-12-29 23:22500 众的技术力量是不平均的,所以实际上还是复刻大量 19 世纪上半叶的技术,请记住,是 19 世纪(18xx 年)而 ...

之所以那么长时间才实现,是因为低温润滑没有解决。解决之后,立即就实现了空气液化。


abc950309 于 2017-12-29 23:26:23 发表了:

dengjianyyy 发表于 2017-12-29 23:22 空气液化设备完全可以从本时空带,本来合成氨厂就会有这种设备,管道压力并不大(5MPa),安装起来总是比氨 ...

已经有 500 马力蒸汽机了吧。另外,压力泵只需要管道并联就可以了,没必要动力联合。


dengjianyyy 于 2017-12-29 23:54:05 发表了:

abc950309 发表于 2017-12-29 23:26

已经有 500 马力蒸汽机了吧。另外,压力泵只需要管道并联就可以了,没必要动力联合。 ...

我考虑的是带一台空压机,没有动力设备能带动。带很多台小空压机也是一个思路。

有 500 马力蒸汽机都不知道什么时候的事了,我就有点弄不明白,那些什么冷拔管设备是用什么动力带动的。


abc950309 于 2017-12-30 00:28:41 发表了:

dengjianyyy 发表于 2017-12-29 23:54 我考虑的是带一台空压机,没有动力设备能带动。带很多台小空压机也是一个思路。

有 500 马力蒸汽机都不知 ...

应该是成套带过去的吧。

空压机这个,19 世纪上半叶就有了。活塞式的也是可以液化空气的。事实上,活塞式压缩机和膨胀机到 20 世纪 70 年代还在用,虽然改进了很多很多。


dengjianyyy 于 2017-12-30 00:39:11 发表了:

abc950309 发表于 2017-12-30 00:28

应该是成套带过去的吧。

空压机这个,19 世纪上半叶就有了。活塞式的也是可以液化空气的。事实上,活塞式 ...

现在都还在用。


lzy0702 于 2017-12-30 08:08:17 发表了:

cqduoluo 发表于 2017-12-29 07:37

19 世纪末的英美都是年产钢千万吨,科学家几万,工程师几十万,制造业工人千万的经济体,已经是钢铁业成熟 ...

镍不怕死的话可以用四羰基镍法提纯粗镍……嗯,必须特别不怕死才行


lzy0702 于 2017-12-30 08:20:18 发表了:

吸附法也不是不能提纯氩气,就是效率很烂就是了。大致思路是如下:

电四极矩上 氮气>氧气>氩气,所以在沸石类分子筛吸附时,吸附倾销 氮气>氧气>氩气,通过对分子筛进行离子交换,使用银交换掉其中的部分离子,可以提高吸附性的差异。

可以通过吸附法分离空气,获得含氩的氧(副产贫氧空气),然后拿去烧掉氧气(或者再用吸附法,利用氧和氩吸附性的差别获得纯氩),把二氧化碳吸收掉,剩下的就是氩气了。

如果利用扩散速度的差异,在碳分子筛中,扩散速度 氧气>氮气和氩气,所以可以用来获得纯氧和含氩的氮气

由于空气中氮气含量很高,而氩气含量很低,这个做法很不经济很不经济,所以在 21 世纪是没人用的。但是如果不想搞深冷,是可行的。实验室里我见过能做出来的,就是得到 99%的氩比深冷法拿出来卖的 99.99%的高纯氩还贵……


abc950309 于 2017-12-30 09:05:15 发表了:

dengjianyyy 发表于 2017-12-30 00:39 现在都还在用。

膨胀机这个,活塞式的在新产品中用的应该很少了吧,因为小流量下不如吸附式的经济


abc950309 于 2017-12-30 09:09:01 发表了:

lzy0702 发表于 2017-12-30 08:20 吸附法也不是不能提纯氩气,就是效率很烂就是了。大致思路是如下:

电四极矩上 氮气>氧气>氩气,所以在沸 ...

深冷法这关肯定是要过的。分子筛的处理我看也有低温热处理这项。而且深冷这个除了灵光一闪的石墨润滑,整个一 19 世纪中叶的技术。


dengjianyyy 于 2017-12-30 10:00:55 发表了:

abc950309 发表于 2017-12-30 09:05 膨胀机这个,活塞式的在新产品中用的应该很少了吧,因为小流量下不如吸附式的经济 ...

活塞式膨胀机用在深冷上可能没有了吧(不清楚猜的)?但是活塞压缩机不要太多了。


abc950309 于 2017-12-30 10:09:52 发表了:

dengjianyyy 发表于 2017-12-30 10:00

活塞式膨胀机用在深冷上可能没有了吧(不清楚猜的)?但是活塞压缩机不要太多了。 ...

是的哈,但是活塞膨胀机的确可以达成效果。

基本上和蒸汽机差不多。只是工作温度低很多。


lzy0702 于 2017-12-30 10:15:05 发表了:

造膨胀机固然可以回收一部分能量,不过是不是难度太大了?要不要考虑直接用节流阀?


abc950309 于 2017-12-30 10:21:58 发表了:

lzy0702 发表于 2017-12-30 10:15 造膨胀机固然可以回收一部分能量,不过是不是难度太大了?要不要考虑直接用节流阀? ...

膨胀机的目的是提供冷量,这个好像不是很好去掉。

这个也不是很困难,蒸汽机结构改一下就可以用了。


lzy0702 于 2017-12-30 10:27:53 发表了:

abc950309 发表于 2017-12-29 21:21

膨胀机的目的是提供冷量,这个好像不是很好去掉。

这个也不是很困难,蒸汽机结构改一下就可以用了。 ...

空气的焦耳汤姆逊系数直到液化都还是正的,通过节流膨胀是可以降温的。就是效率比膨胀低。


abc950309 于 2017-12-30 10:29:47 发表了:

本帖最后由 abc950309 于 2017-12-30 10:40 编辑

lzy0702 发表于 2017-12-30 10:27 空气的焦耳汤姆逊系数直到液化都还是正的,通过节流膨胀是可以降温的。就是效率比膨胀低。 ...

是的,但是目前看到的资料,节流膨胀都是高压成套设备,这个压力不见得能处理的了。而且高压设备一般容量反而要小。

PS. 刚刚查了一下,工作压力大概 85~100 大气压。也不是完全不可能,但是能耗要高很多。