ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Циклы с дросселированием рабочего тела из "Процессы и аппараты кислородного и криогенного производства " Циклы с дросселированием рабочего тела применяют для получения низких температур, для сжижения газов и создания условий для разделения газовых смесей на составные части методами ректификации, конденсации и адсорбции. Цикл высокого давления с однократным дросселированием впервые применил Линде в конце прошлого века в установке для получения жидкого воздуха. [c.13] Схема цикла высокого давления с однократным дросселированием показана на рис. 5. Воздух сжимается в компрессоре КМ до давления р , охлаждается в холодильнике ЛГУ до температуры и поступает в трубки теплообменника АТ2. В противоточ-ном теплообменнике АТ2 сжатый воздух охлаждается до гемперату-туры Гз более холодным газом низкого давления (обратным потоком холодного воздуха из сборника жидкости АК), идуш,им в противоположном направлении. В дроссельном вентиле ВН1 сжатый газ дросселируется до давления р , и его температура снижается до Тр В сосуде АК, к воздуху подводится количество теплоты эквивалентное холодопроизводительности цикла. Расширенный газ после теплообменника, подогретый до температуры Г , вновь возвращается в компрессор КМ. В сосуде АК собирается жидкий воздух. [c.13] В пусковой период температура воздуха перед дросселем непрерывно понижается от Т, до Т , пока не образуется жидкость с температурой Г/, соответствующей давлению р . Наинизшая температура, которая может быть достигнута в таком цикле при давлении Pi = 0,1 МПа, равна 80 К (температура сжижения воздуха при атмосферном давлении). Таким образом, дальнейшее понижение температуры перед дросселем не имеет смысла, режим работы установки стабилизируется при температуре перед дросселем Гд. Дросселирование заканчивается в точке 4, лежащей на линии /—5, соответствующей давлению жидкости р- = onst. [c.14] Холодопроизводительность цикла численно равна изотермическому эффекту дросселирования или понижению энтальпии воздуха при изотермическом сжатии = Аг . [c.15] Получение сжиженного воздуха при разомкнутом цикле. При получении и выводе жидкого воздуха из установки цикл не полностью замкнут, так как часть жидкого воздуха выводится через вентиль ВН2 (рис. 8). Количество расширенного воздуха, проходящего через теплообменник, уменьшится на величину отведенного жидкого воздуха. Чтобы обеспечить нормальное протекание последующих круговых процессов, в компрессор всасывается количество воздуха, равное количеству сжиженного воздуха. Составим для 1 кг воздуха энергетический баланс для части схемы, ограниченной контуром а (см. рис. 5). При этом предполагаем, что потери холода отсутствуют и к сосуду АК не подводится теплота (т. е. = 0). [c.15] Потери холода в цикле. При составлении теплового баланса в случае цикла с однократным дросселированием предполагали, что потери холода отсутствуют. В действительности работа, затрачиваемая на сжижение газа, сопровождается следующими потерями холода о. с — потеря через изоляцию (т. е. приток теплоты через изоляцию из окружающей среды) 7д.г — потери теплоты от недоре-куперации на теплом конце теплообменника — потери, связанные с отбором продукта в жидком виде. [c.16] После дросселирования состояние рабочего тела характеризуется точкой 6 и холодопроизводительность я = /5 — меньше теоретической на = 1 — А = 3 — 1з =- г б — й. [c.16] Имея в виду незначительное изменение удельной теплоемкости газа Ср в интервале температур Т и Тр, потерю холода от недо-рекуперации часто определяют так = Ср Т — Ту) = СрАТт, где АТт — средний перепад температур. На диаграмме Т—5 величина Яат изображается площадью 4—4 —6 —6—4 или 1—Г— Ь—а—1. [c.16] Преобразуя последнее уравнение, получим до. с = г — V = = 8 — (( . На диаграмме Т—5 величине до.с соответствует площадь 8—6—6 —8 —8. Потеря холода, связанная с отбором жидкости из установки, равна нулю, если установка предназначена для получения газообразных продуктов (азота, килорода, аргона). [c.17] Цикл высокого давления с однократным дросселированием и предварительным охлаждением применяют как для получения низкотемпературного холода, так и для сжижения газа. В отличие от рассмотренного выше цикла здесь имеется специальный добавочный поток с посторонним криоагентом (например, с аммиаком, жидким азотом). Промежуточное охлаждение в данном цикле осуществляют между температурами Г/ и Т . Этот цикл является более экономичным, чем без предварительного охлаждения, его часто применяют в воздухоразделительных установках, так как предварительное охлаждение воздуха перед теплообменником улучшает показатели холодильного цикла с дросселированием в 2—3 раза. [c.17] водород и неон при = 293 К имеют отрицательное значение изотермического эффекта дросселирования и только после охлаждения их до температур ниже температуры инверсии А - = = — ц 0. Чтобы изотермический эффект дросселирования представлял практический интерес, гелий должен быть охлажден до температур ниже 20 К, а водород и неон до 80 К и ниже, тогда как верхние температуры инверсии этих газов значительно выше. [c.18] Небольшая дополнительная затрата энергии в аммиачной холодильной установке или энергетические затраты, связанные с вводом в испаритель АТЗ жидкого азота, покрываются увеличением холодопроизводительности, и экономичность цикла возрастает. [c.19] Процессы цикла приведены на рис. 10. Сжатие и охлаждение газа в компрессоре и холодильнике представлены как изотермический процесс 1—2. Охлаждение сжатого газа в предварительном теплообменнике 2—3 происходит за счет нагревания обратного потока 8—9. [c.19] В теоретическом цикле при отсутствии потерь от недорекуперации процесс нагревания обратного потока в теплообменнике АТ2 происходил бы из состояния Г до 1. Охлаждение газа в испарителе кипящим криоагентом происходит в диапазоне температур Гд и Тр 3—4). Дальнейшее понижение температуры прямого потока осуществляется в теплообменнике АТ4 4—5) путем нагревания обратного потока из состояния в точке 7 до точки 8 для рабочего цикла или до точки Г при условии полной рекуперации холода. В результате дросселирования сжатого газа (5—6) достигается температура Т/, при которой сжиженный газ (состояние в точке /) может выдаваться потребителю. Если жидкий продукт полностью испаряется в установке за счет подвода к нему тепла от охлаждаемого объекта, то она работает в рефрижераторном режиме по замкнутому циклу (количества прямого и обратного потоков равны). В случае отбора из установки X кг жидкого продукта цикл будет не полностью замкнутым, так как часть сжиженного продукта выводится из сборника А К через вентиль ВН2. Количество расширенного газа (обратного потока), проходящего через теплообменники АТ4 и АТ2, уменьшится на величину отведенного жидкого продукта. [c.19] Уравнение холодопроизводительности. При установившемся режиме работы установки и получении холода на уровне температуры Г/ (без отвода сжиженного газа) при наличии потерь холода от недорекуперации и в окружающую среду полезную холодопроизводительность определяют следующим образом. [c.19] Рассмотрим часть схемы (см. рис. 9), ограниченную контуром а. [c.19] Таким образом, полезная холодопроизводительность установки, работающей по циклу с дросселированием и промежуточным охлаждением, при установившемся рефрижераторном режиме численно равна сумме изотермического эффекта дросселирования (или понижению энтальпии рабочего тела при изотермическом сжатии его) и количества теплоты, отдаваемой рабочим телом кипящему в испарителе криоагенту, за вычетом потерь холода от недорекуперации и в окружающую среду. [c.20] В отличие от ранее рассмотренного цикла, где все потери холода компенсируются на низком температурном уровне Т введение промежуточного охлаждения позволяет не только увеличить изотермический эффект дросселирования, но и осуществить компенсацию потерь холода на двух температурных уровнях Tf и Ту. [c.20] Вернуться к основной статье