ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Глубокое охлаждение из "Процессы и аппараты химической промышленности" Принципы получения глубокого холода. Глубокое охлаждение предполагает охлаждение до температур ниже минус 100 °С. Техника глубокого охлаждения применяется для сжижения и разделения газов, например воздуха, коксового газа, природных газов и т. д. Попутно с получением кислорода методами глубокого охлаждения получают редкие газы аргон, гелий, неон, криптон, ксенон. В технике глубокого охлаждения применяют два основных метода получения низких температур I) расширение газов без совершения внешней работы —дросселирование (с использованием эффекта Джоуля — Томсона) 2) расширение газов с совершением внешней работы в детандере. [c.291] Пользуются также комбинированием дросселирования газа с последующим расширением его в детандере. [c.291] Дросселирование проводится в расширительном (дроссельном) вентиле. [c.292] Изменение температуры газа при дросселировании происходит в результате того, что все реальные газы при обычных температурах обладают несколько большей сжимаемостью, чем это следует из закона Бойля — Мариотта. В связи с тем, что при сжатии газа молекулы его сблил аются, возникает дополнительное действие сил взаимного притяжения. При дальнейшем расширения сжатого газа до первоначального объема тратится дополнительная работа, осуществляемая за счет внутренней энергии сжатого газа, т. е. путем затраты соответствующего количества содержащейся в нем теплоты, поэтому температура расширяющегося газа понижается. [c.292] Различают дифференциальный и интегральный дроссельные эффекты. [c.292] Дифференциальным дроссельным эффектом называется отношение бесконечно малого изменения температуры к вызывающему его бесконечно малому понижению давления газа. Практически дифференциальным эффектом считают изменение температуры при падении давления на 0,1 МПа (1 кгс/см ), что дает понижение температуры примерно на 0,25 °С. [c.292] Интегральный дроссельный эффект соответствует изменению температуры при больших изменениях давления. [c.292] Дроссельный эффект Джоуля — Томсона может быть положительным и отрицательным если при дросселировании газ охлаждается— положительным, а если яаг реаастся — отрицательным. [c.292] Большинство газов при дросселировании охлаждаются. Воздух, кислород и азот можно охладить дросселированием при комнатной температуре, а водород и гелий необходимо предварительно охладить для получения положительного дроссельного s-ффекта. [c.292] Эффект Джоуля — Томсона, выраженный через разность энтальпий газа до и после дросселирования при начальной постоянной температуре, называется изотермическим. [c.292] основанные на использовании эффекта Джоуля — Томсона при дросселировании, называют циклами Линде. [c.292] Второй способ получения холода основан на явлении охлаждения газа при его расширении в расширительной машине с совершением внешней работы. Расширение сжатого газа происходит без обмена теплотой с окружающей средой, и со-ве адаемая при этом работа производится за счет его внутрен-п- энергии. [c.292] Расширительные машины могут быть как поршневого типа — поршневые детандеры, так и центробежные —- турбодетандеры (цикл Капицы). [c.292] Здесь Ti начальная температура газа перед расширением Гг —конечная температура газа после расширения pi — начальное давление Черед расширением pj — конечное давление газа после расширения показатель адиабаты расширения. [c.293] При расширении в области между сравнительно высокими давлениями эффективным является процесс дросселирования, а если перепад давлений при расширении велик или расширение начинается при сравнительно высоких температурах, предпочтительнее будет детандирование. Для повышения холодопроизводительности методы расширения газа в детандере и дросселирования газа комбинируют друг с другом. [c.293] Цикл высокого давления с однократным дросселированием (рис. 8.12 и 8.13) применяется для сжижения газов, например воздуха. Воздух при температуре Г] и давлении pi сжимается i компрессоре / до давления ра (ДО 20 МПа) по изотерме 1—2 я охлаждается в водяном холодильнике 11 до первоначальной температуры. [c.293] Отрезок 4—5 характеризует долю сжиженного газа, а отре зок О—4 — долю несжиженного газа. [c.294] Здесь to —удельная энтальпия жидкого воздуха (при давлении расти-, репного воздуха), Дж/кг пот — суммарные потери холода (в окружающую среду, с уходящим жидким продуктом и от недорекуперации), отнесенные к 1 кг перерабатываемого воздуха. [c.294] Цикл с однократным дросселированием и предварительным аммиачным охлаждением относится к усовершенствованным циклам Линде. Предварительное охлаждение является совершенно обязательным при охлаждении таких газов, как водород и гелий (их необходимо охладить, соответственно, ниже 180 н 40 К). [c.294] Предварительное аммиачное охлаждение позволяет повысить изотермический дроссельный эффект и уменьшить расход энергии на получение 1 кг сжиженного воздуха. [c.294] Вернуться к основной статье