ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Циклы с расширением воздуха в детандере и отдачей внешней работы из "Получение кислорода Издание 4" После расширения и охлаждения в детандере воздух выводится наружу через теплообменники 4 и 3, охлаждая поступающий сжатый воздух. Часть сжатого воздуха, не прошедшая через детандер (примерно 20—30%), поступает к дроссельному вентилю 5 и, сжижаясь после дросселирования, накапливается в сборнике 7, откуда сливается через вентиль 8. Несжижившаяся часть воздуха из сосуда 7 направляется в теплообменники 4 vi 3. [c.75] Количество холода, получаемое в цикле с детандером, зависит от давления сжатия, температуры и количества воздуха, направляемого в детандер. Чем меньше давление сжатия, тем более низкую температуру должен иметь воздух перед детандером и тем большее количество воздуха должно направляться в детандер. [c.75] Диаграмма 5—Г для цикла среднего давления с детандером показана на рис. 17,6. Воздух, сжатый изотермически при Т, по линии 1—2, охлаждается под давлением pg в теплообменнике 3 до температуры Гд. В точке 3 часть воздуха (количество М) идет в детандер, где расширяется по линии 3—6 до давления р , охлаждаясь при этом до Гв- По линии 6—1 в теплообменниках, основном 4 и предварительном 3, происходит передача холода потоку сжатого воздуха от воздуха после детандера. Остальная часть воздуха высокого давления по линии 3—4 охлаждается в основном теплообменнике и в точке 4 по линии 4—5 (i= onst) дросселируется и сжижается (количество х), а затем выводится из ожижителя. Несжижившаяся часть воздуха (количество 1—М—х) отводится через теплообменники 4 я 3, где смешивается с воздухом из детандера, охлаждая сжатый воздух по линии 6—/. [c.75] Пример. Абсолютное давление воздуха Pj= 1 кгс/см--, Ti=303 °K рг= = 40 кгс/см -, к. п. д. детандера 0,6 М=0,7 потери холода 9и+ 7нед.= 3 ккал/кг. [c.75] Сх—Энтальпия воздуха в конце адиабатического расширения от точки 3 на изобаре р2 (рис. 17,6). [c.75] Диаграмма (рис. 18) показывает зависимость между температурой воздуха перед детандером и количеством воздуха, поступающего в детандер. Точки резкого перегиба кривых показывают оптимальные значения температуры перед детандером при этих температурах и соответствующих им количествах детандерного воздуха выход жидкого воздуха будет наибольщим при наименьшем удельном расходе энергии. [c.77] Наивыгоднейшие условия цикла с детандером определяют, составив тепловой баланс теплообменников и проверив возможность осуществления в них теплообмена между сжатым воздухом и расширенным детандерным и дросселированным воздухом. Этот теплообмен может происходить, если обеспечить всегда достаточное количество детандерного воздуха. Как видно из диаграммы на рис. 3, теплоемкость сжатого воздуха по мере его охлаждения сильно возрастает, особенно вблизи холодного конца теплообменника при давлениях порядка 50—70 кгс/см и температурах от —90 до —140 °С. В этой части теплообменника воздух поглощает больше холода. При недостаточном количестве обратного потока детандерного воздуха возникающая здесь разность температур (температурный напор) между прямым и обратным потоками может оказаться недостаточной и даже стать отрицательной тогда сжатый воздух вместо отдачи теплоты детандер-ному воздуху, будучи более холодным, начнет, наоборот, отнимать теплоту от детандерного воздуха и нагреваться. Для предупреждения этого явления приходится заведомо увеличивать температурный напор в теплообменнике, пропуская через него большее количество детандерного воздуха, но при этом увеличиваются потери от недорекуперации, так как обратный поток уже не может достаточно нагреться. Уменьшение потерь путем развития поверхности теплообменника невыгодно и, кроме того, вызывает увеличение гидравлического сопротивления, что снижает холодопроизводительность детандера, так как требует повышения давления в конце расширения воздуха в детандере. [c.77] В табл. 9 приведены данные о расходе энергии и количестве жидкого воздуха при разных давлениях сжатия в цикле с детандером для наивыгоднейших условий работы, с учетом потерь холода. [c.78] Несмотря на то, что в цикле с детандером допустимы более низкие давления сжатия, чем в цикле с дросселированием, и, казалось бы, возможно получение жидкого воздуха весьма экономичным способом, тем не менее расход энергии на 1 кг перерабатываемого воздуха незначительно отличается от расхода в цикле с дросселированием и аммиачным охлаждением. Это объясняется тем, что в цикле с детандером возникают дополнительные потери холода в поршневом детандере и потери в результате неполного использования работы расширяющегося в нем воздуха. Практически удельный расход энергии в цикле с детандером равен расходу энергии в цикле с дросселированием, двумя давлениями и предварительным аммиачным охлаждением. [c.78] Разработан также цикл с последовательным расширением воздуха в двухступенчатом детандере. Такие циклы со ступенчатым расширением воздуха и использованием одного или нескольких детандеров применяются в крупных установках получения жидкого кислорода. [c.78] Подсчитаем теоретическое количество жидкого воздуха и удельный расход энергии для этого цикла при указанном соотношении. [c.80] Принимаем абсолютные давления Р1=1 кгс1см рг=200 кгс/см Т1=Тг= =303 К М=0,5 адиабатический к. п. д. детандера 0,65 потери холода 9и+ нед.=3,5 ккал/кг. [c.80] Цикл высокого давления с детандером является наиболее экономичным из всех циклов получения жидкого воздуха и характеризуется наименьшей затратой энергии на получение 1 кг жидкого воздуха в то же время обеспечивается наибольший выход жидкого воздуха, по отношению к количеству перерабатываемого воздуха. [c.81] В установках для получения жидкого кислорода применяют также цикл высокого давления с детандером и предварительным охлаждением воздуха перед детандером до минус 35—40 С. При этом, для предупреждения возможной конденсации воздуха в детандере в конце процесса расширения, абсолютное рабочее давление должно быть снижено до 160—170 кгс1см . Охлаждение сжатого воздуха перед детандером производится воздухом, расширившимся в детандере, аналогично тому, как это принято в цикле среднего давления с детандером. В этих условиях возможна осушка воздуха вымораживанием влаги в теплообменниках. [c.81] По расходу энергии на 1 кг жидкого продукта оба процесса равноценны. [c.81] Определим выход жидкого воздуха и расход энергии в этом цикле при оптимальных условиях. Для расчета примем следующие данные абсолютные давления Pi=l/сгс/сл 2 и рг=6 кгс см Ti=293 °K адиабатический к. п. д. турбодетандера т ад.=0,8. Потери через изоляцию q =, 5 ккал/кг. Потери от недорекуперации при разности температур прямого и обратного потока воздуха на теплом конце регенератора 3 град и при количестве обратного потока газа, равном примерно 95% от количества поступающего воздуха, составят /иед.=0,95-0,24-3 0,7 ккал/кг. [c.83] Суммарные холодопотери 7и+ нед.= 1-5+0,7=2,2 ккал/кг. [c.83] Можно также подсчитать возврат энергии турбодетандером. [c.84] Как видно из схемы рис. 20, холодильный цикл организован таким образом, что наивыгоднейшее распределение воздуха между детандером и конденсатором происходит самопроизвольно, соответственно холодопотерям. Количество воздуха, поступающее на расширение в турбодетандер, определяется его пропускной способностью при данном давлении и температуре, т. е. холодопроизводительностью установки в целом. [c.84] Турбодетандер фактически является основной холодопроизводящей машиной, поскольку в данном цикле холодильным эффектом дросселирования с абсолютного давления Ра=6 кгс см можно пренебречь ввиду его малой величины по сравнению с холодопроизводительностью турбодетандера. Избыток производимого холода, после покрытия потерь через изоляцию и от недорекуперации в регенераторах, идет на сжижение воздуха. [c.84] Вернуться к основной статье