ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Глубокое охлаждение из "Процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии Издание третье" Процессы глубокого охлаждения используют главным образом для разделения газовых смесей их сжижением и ректификацией, а также для сжижения водорода и гелия. [c.200] Для процессов ректификации необходимо предварительное сжижение газовых смесей, которое следует рассматривать как основное техническое назначение глубокого охлаждения. Сжижение газов возможно различными способами. Важнейший показатель совершенства процессов сжижения газов — затрата работы на сжижение, а эталон сравнения — минимальная работа сжижения. [c.200] Минимальной работе сжижения соответствует следующее проведение процесса (рис. 9.15) изотермическое сжатие АВ и изоэнтропическое расширение ВС. [c.200] Общее количество тепла, которое отнимается от газа в этом нроцессе, эквивалентно площади ЬВАа, а количество тепла, которое отнимается для собственно сжижения, равное теплу, отнимаемому при изобарическом охлаждении газа (AD) и изотермической конденсации его (D ), эквивалентно площади b DAa. Разность между указанными площадями, т. е. площадь AB D, выражает минимальную работу сжижения. [c.200] Минимальная работа сжижения невелика. Так, для сжижения 1 кг воздуха необходимо затратить 0,19 кВт-ч. [c.201] Давление, до которого должен быть сжат сжижаемый газ, можно определить следующим образом. [c.201] При охлаждении газа отнимается тепло dQ = pdT = TdS. [c.201] Уравнение (9.31) позволяет вычислить давление, до которого должен быть сжат газ в процессе сжижения с минимальной затратой работы. Расчет для сжижения воздуха дает по этому-уравнению величину Р2 46000 МПа. [c.201] Работа установок при давлениях в несколько сотен тысяч атмосфер практически невозможна, поэтому реальные циклы сжижения не соответствуют рассмотренному идеальному циклу и отличаются более низким давлением сжатия. [c.201] При сжижении газов реальные процессы охлаждения можно разделить на две группы каскадное охлаждение с применением промежуточных хладоагентов и непосредственное охлаждение. Каскадное (ступенчатое) охлаждение. Основано на использовании соединенных последовательно нескольких парокомпрессионных холодильных машин с различными теплоносителями, отличающимися температурами кипения. Используя дополнительна к охлаждению дросселирование сжатого охлажденного газа, молено получить, например, жидкий водород или гелий. [c.201] Примером установки со ступенчатым охлаждением может служить установка для конденсации газообразного водорода (рис. 9.16). [c.201] Таким образом, тепло передается с низшего температурного уровня на высший через ряд ступеней, каждая из которых представляет собой обычную парокомпрессионную холодильную машину. [c.202] При ступенчатом охлаждении не требуется больших энергетических затрат. Однако необходимо большое количество довольно громоздких машин и аппаратов, поэтому рассмотренный способ глубокого охлаждения используют лишь в лабораторной технике. [c.202] Непосредственное охлаждение. Непосредственное охлаждение газов, сопровождаемое сжижением, может быть осуществлено различными способами, характеризуемыми термодинамическим циклом, по которому протекает процесс. [c.202] Рассмотрим холодильный цикл, основанный на дросселировании газа (рис. 9.17,а). Газ давлением р при температуре Т1 изотермически сжимается компрессором до давления р2 1—2). [c.202] Из этого равенства следует, что при изоэнтропическом расширении холодопроизводительность газа больше, чем при изоэнтальпическом, на величину Яг—Нз, т. е. на работу, совершенную детандером. [c.203] НИИ Я = сопз1 (линия 3—4), в результате чего получается смесь пара с жидкостью, причем содержание жидкости в смеси определяет отношение отрезка 4—6 к отрезку О—6. [c.204] Полученные жидкость и пар используют для отнятия тепла на низшем температурном уровне То от охлаждаемого материала, при этом часть образовавшейся жидкости изотермически испаряется (линия 4—5) и энтальпия смеси возрастает от до Яа. [c.204] Жидкость и пар (точка 5) направляются в качестве обратного газа в теплообменник для охлаждения сжатвго газа. Здесь жидкость испаряется по изотерме 5—6, а образовавшийся сухой насыщенный пар перегревается по изобаре 6—1. Таким образом, при полной рекуперации холода газ возвращается к первоначальному состоянию (точка /). [c.204] Вернуться к основной статье