ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Глава десятая Теплообменная аппаратура Рекуперативные теплообменные аппараты из "Процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии" Для проведения процессов ректификации необходимо предварительное сжижение газовых смесей и, следовательно, сжижение газов может рассматриваться как основное техническое назначение глубокого охлаждения. Сжижение газов может быть осуществлено различными способами. Важнейшим показателем с(эвершенства процессов сжижения газов служит затрата работы на сжижение, а эталоном сравнения — минимальная работа сжин ения. [c.218] Минимальной работе сжижения соответствует следующее проведение процесса (рис. 9-15) изотермическое сжатие АВ и изоэнтропическое расширение ВС. [c.218] Общее количество тепла, которое отнимается от газа в этом процессе, эквивалентно площади ЬВАа, а количество тепла, которое отнимается для собственно сжижения, равное теплу, отнимаемому при изобарическом охлаждении газа (АО) и изотермической конденсации его (ОС), эквивалентно площади ЬСВАа. Разность между указанными площадями, т. е. площадь АВСО, выражает минимальную работу сжижения. [c.218] Последнее уравнение позволяет вычислить давление, до которой, должен быть сжат газ в процессе ожижения с минимальной затратой работы. Расчет для сжижения воздуха дает по этому уравнению величину 2 460 ООО ат. [c.219] Реальные процессы охлаждения при сжижении газов можно подразделить на две группы каскадное охлаждение с применением промежуточных хладоагентов и непосредственное охлаждение. [c.219] Таким образом, тепло передается с низшего температурного уровня на высший через ряд ступеней, каждая из которых представляет собой обычную парокомпрессионную холодильную машину. [c.220] Ступенчатое охлаждение не требует больших энергетических затрат, однако необходимо применение большого количества довольно громоздких машин и аппаратов. По указанной причине рассмотренный способ глубокого охлаждения используется лишь в лабораторной технике и на установках небольшой производительности. [c.220] Непосредственное охлаждение. Непосредственное охлаждение газов, сопровождаемое- сжижением, может быть осуществлено различными способами, характеризуемыми термодинамическим циклом, по которому протекает процесс. [c.220] Как было указано выше, в основах циклов холодильных установок лежат либо изоэнтальпическое, либо изоэнтропическое расширение хладоагентов. [c.221] Из последнего равенства следует, что холодопроизводительность газа в случае изоэнтропического расширения больше, чем в случае изоэнтальпического, на величину Н2 — Н. у. е. на работу (в единицах тепла), совершенную детандером. [c.222] Полученные жидкость и пар используют для отнятия тепла на низшем температурном уроине Г о от охлаждаемого материала, при этом часть образовавшейся жидкости изотермически испаряется (4—5) и энтальпия смеси возрастает от Я4 до Н . [c.222] Жидкость и пар (точка 5) направляются в качестве обратного газа в теплообменник для охлаждения сжатого газа. Здесь жидкость испаряется по изотерме 5—6, а образовавшийся сухой насыщенный пар перегревается по и зобаре 6—7. Таким образом, при полной рекуперации холода газ возвращается к первоначальному состоянию (точка /). [c.222] От газа высокого давления н теплообменнике отнимается тепло и 2 Я3. Паро-жидкостная смесь низкого давления воспринимает в теплообменнике тепло Ну — Н . [c.222] холодопроизводительность равна уменьшению энтальпии газа при изотермическом сжатии. [c.223] Если холодильная машина используется для сжижения газа (что соответствует схеме на рис. 9-21), то полученная после дросселирования жидкость отделяется от паро-жидкостной смеси и отводится из системы. [c.223] Регенеративный цикл с изоэнтальпическим расширением и предварительным охлаждением. Расход энергии на ожижение газа с применением простого регенеративного цикла Линде в несколько раз больше теоретически необходимого, что объясняется необратимым увеличением энтропии прн дросселировании сжатого газа. [c.224] При снижении температуры газа необратимое изменение энтропии при дросселировании уменьшается, а поэтому уменьшаются и энергетические затраты. Для снижения температуры газа перед дросселированием целесообразно введение в схему дополнительного охлаждения при помош,и парокомпрессионной холодильной машины. Схема холодильной машины с предварительным охлаждением и осуществляемый в ней цикл показаны на рис. 9-19. [c.224] Исходный газ изотермически сжимается 1—2) при температуре Т компрессором а, изобарически охлаждается 2—3) обратным газом в предварнтельном теплообменнике в до температуры Т I, после этого охлаждается 3—4) в холодильнике г парокомпрессионной холодильной машины (обычно аммиачном) до температуры Гг и, наконец, охлаждается 4—5) обратным газом в основном теплообменнике д обратный газ нагревается 7—1), охлаждая газ высокого давления. [c.224] Регенеративный цикл с изоэнтропическим расширением. Эффективным является цикл, основанный на изоэнтропическом расширении предварительно сжатого газа. Примером такого холодильного цикла может служить цикл Клода, показанный на рис. 9-20. [c.225] Если же в результате разделения газовых смесей необходимо получить газообразные компоненты, преимущества по сравнению с циклом Клода имеют другие холодильные циклы, основанные также на иэоэнтальпическом расширении газа, а именно цикл Гейландта и цикл Капицы. [c.227] Вернуться к основной статье