ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Производство азота из "Курс технологии минеральных веществ Издание 2" Чистый газообразный азот для синтеза аммиака, производства цианамида кальция и т. п. получают исключительно из воздуха путем глубокого охлаждения, так как другие методы менее экономичны. [c.170] В табл. 8 приведены физические свойства некоторых газов, необходимые для рассмотрения процесса сжижения воздуха. [c.171] В технике для достижения низких температур (глубокого холода) применяют почти исключительно холодильные машины, работа которых основана на свойстве реальных газов (воздуха) охлаждаться при расширении в определенных условиях. [c.171] Расширение реальных газов. Идеальные газы подчиняются основным газовым законам (Бойля-Мариотта, Гей-Люссака, Авогадро и Джоуля). Реальные газы этим законам в точности не подчиняются наблюдаются отклонения, которые тем больше, чем ниже температура и выше давление, под которым находится газ. [c.171] При расширении реального газа без совершения внешней работы и без теплообмена с окружающей средой совершается работа по преодолению сил притяжения между молекулами, что и обусловливает понижение температуры газа. [c.171] Явление охлаждения газов при расширении без совершения внешней работы и без теплообмена с окружающей средой (эффект Джоуля-Томсона) используется для получения низких температур в большинстве аппаратов для разделения воздуха и коксового газа. [c.171] Понижение температуры при дросселировании воздуха для разных перепадов давления показано в табл. 9. [c.171] Холодопроизводительность установок глубокого охлаждения без совершения сжатым газом внешней работы приблизительно пропорциональна разности давлений. Затрата работы на сжатие газа пропорциональна логарифму отношения давления сжатого газа к давлению газа до сжатия. Поэтому целесообразно часть газа не дросселировать до 1 ата, а возвращать в компрессор при более высоком давлении, чтобы уменьшить расход работы на сжатие этой части газа. [c.173] Схема установки с двукратным дросселированием изображена на рис. 59. [c.173] Воздух с давлением Р1 поступает в компрессор 1, где он сжимается до среднего давления Рг. После сжатия и охлаждения в водяном холодильнике (на рисунке не показан) к нему присоединяется из цикла еще часть воздуха, дросселированного до того же давления. В компрессоре 2 воздух сжимается до давления Рз. Сжатый воздух поступает в теплообменник 3, где охлаждается за счет холода идущих навстречу газов, дросселированных до Рг и Рь после чего он дросселируется вентилем 4 до давления Ра. Часть его (а) поступает в теплообменник, другая же часть (1—а) дросселируется далее вентилем 5 до Рь Сжиженную часть выводят из цикла, несжиженная поступает в теплообменник. [c.173] Расход работы на получение 1 кг жидкого воздуха при условии, что Р1 = 1 ата, Ра = 50 ата, Рз = 200 ата, Г1 = —258°, составляет 1,15 квг-ч против 2,86 квт-ч, расходуемых при однократном дросселировании в аналогичных условиях. Таким образом, дросселирование выгоднее вести не в две, а в три ступени. [c.173] Наименьший расход энергии при получении жидкого воздуха достигается при двукратном дросселировании и предварительном охлаждении с помощью аммиачной холодильной машины и составляет около 0,7 квт-ч на 1 кг. [c.174] Анализ цикла с двукратным дросселированием показывает, что наименьший расход работы на сжижение воздуха при условии, что Pi = 1 ата, а Рз = 200 ата, достигается при промежуточном давлении Pi около 50 ата. [c.174] В некоторых установках глубокого охлаждения использован принцип охлаждения газов, основанный на расширении их с совершением внешней работы. [c.174] Цикл с однократным использованием внешней работы газа, расширяющегося в особой поршневой расширительной машине, представлен на рис. 60. В компрессор 1 газ поступает с давлением Pi = 1 ата и сжимается до давления Рг (40—50 ата). После сжатия газ охлаждается сначала в водяном холодильнике 2, а затем поступает в противоточный теплообменник 3, где охлаждается за счет воздуха низкого давления, идущего ему навстречу. Пройдя теплообменник, сжатый газ разделяется на два потока один из них направляется в расширительную машину 4, другой же идет через противоточные теплообменники 5 и 6 к дроссельному вентилю 7. Сжиженная часть выводится из цикла, холодная газообразная часть проходит теплообменники 6, 5 и 3. К газу, выходящему из теплообменника 6, присоединяется газ, расширившийся в расширительной машине, который вместе с первой частью газа проходит последовательно теплообменники 5 и 3. [c.174] Обычно в расширительную машину направляют 75—80% газа, а на дросселирование 20—25%, так как в этих условиях затрачивается минимальное количество работы на сжижение 1 кг газа. [c.175] Недостатками цикла с однократным расширением и соверше-йием внешней работы являются плохое использование работы поршневой расширительной машины, трудность ее смазки, большое вредное пространство и др. Эти недостатки в значительной степени устранены при применении двукратного расширения первоначально сжатого газа. [c.175] В холодильном цикле низкого давления (рис. 61) воздух сжимается в компрессоре 1 до давления 5.5 ата проходит после сжатия через теплообменник особого устройства (регенератор) 2, где охлаждается до —155 или —160° воздухом, выходящим из установки. По выходе из теплообменника воздух разделяется на два потока меньшая часть направляется по трубе 3 в межтрубное пространство конденсатора 4. где сжижается, и стекает в сборник 5. Основная часть воздуха после теплообменника 2 направляется в тупбинку 6, где расширяется до 1,5 ата с отдачей внешней работы. При этом воздух дополнительно охлаждается до температуры — 185 или —187° (и частично сжижается). Из тур-бинки воздух идет в конденсатор 4, проходя по трубам которого он сжижает около 5 % воздуха, сжатого в компрессоре 1 и поступающего из теплообменника Т. Из конденсатора 4 газообразная часть воздуха по трубе 9 поступает в теплообменник (регенератор) 2, откуда выводится наружу. Полученный жидкий воздух стекает в сборник 5 через вентиль 7 его спускают в приемники. [c.175] Этот цикл отличается от описанного выше цикла с однократным расширением и с совершением внешней работы тем, что воздух сжимается только до 5,5 ата и вместо поршневой расширительной машины применена турбинка, специально сконструированная П. Л. Капица. [c.176] Процесс разделения жидкого воздуха на, азот и кислород основан на различии в температурах кипения азота и кислорода при давлении 1 ата азот кипит при —195,67°, а кислород при —183°. Разность в 12,67° вполне достаточна для того, чтобы жидкий воздух, кипящий при —193°, разделить ректификацией на чистые азот и кислород. [c.176] Вернуться к основной статье