ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Холодильный цикл с дросселированием воздуха из "Получение кислорода Издание 5 1972" Изображение на диаграмме 5 — Т постепенного охлаждения воздуха в простом цикле с дросселированием. [c.61] Изобара 6—I соответствует процессу нагревания в теплообменнике воздуха, уходящего из установки. [c.62] В данном случае Дг г выражает и холодопроизводительность процесса на 1 кг дросселируемого воздуха, поскольку она равна количеству калорий, выводимых из установки с х кг жидкого воздуха. Величина ii—k представляет собой разность энтальпий 1 кг воздуха при абсолютном давлении 1 кгс/см и Т, и 1 кг жидкого воздуха при том же давлении. Это то количество теплоты, которое нужно отнять от 1 кг воздуха, чтобы сжижить его при абсолютном давлении 1 кгс/см . Холодопроизводительность процесса равна разности энтальпий воздуха при температуре Ti и абсолютных давлениях pi и pz. На диаграмме S—Т эта холодопроизводительность определяется разностью энтальпий в точках 1 и 1, лежащих на линии pi = onst. Эту же величину можно определить по диаграмме T—i (см. рис. 2.10 и пример 2, разд. 2.3). [c.62] например, установка перерабатывает 150 кг 1ч воздуха при абсолютном давлении 200 кгс/см . Начальная температура I1 = I3 = 27° , т. е. 7i = 7 3 = 300°K. Процесс идеальный, без потерь холода. Абсолютное давление после дросселирования рг—1 кгс1см . [c.63] Из диаграммы 5—Т следует, что с повышением начального давления воздуха холодопроизводительность цикла с дросселированием возрастает, так как величина з, т. е. энтальпия поступающего в теплообменник сжатого воздуха, уменьшается тем самым увеличивается количество сжиженного воздуха на 1 кг сжатого воздуха. [c.63] Таким образом, при одной и той же начальной температуре затрачиваемая на сжатие воздуха работа пропорциональна значению , так как остальные входящие в формулу величины остаются постоянными. [c.64] Сравнение этой величины с работой сжатия 1 кг воздуха до абсолютного давления 200 кгс см показывает, что возрастание конечного давления в 4 раза привело к увеличению работы сжатия всего в 0,22 0,162=1,36 раза. Чем больше конечное давление сжатия, тем медленнее возрастает работа на сжатие газа до этого давления. [c.65] Величина тем больше, чем больше поверхность кожуха, приходящаяся на 1 кг перерабатываемого воздуха, и чем хуже изоляция. [c.65] Рассмотрим причину потерь холода от недорекуперации в теплообменниках. [c.65] Через теплообменник проходят прямой и обратный потоки газов (рис. 2.15). Пусть сжатый воздух поступает в теплый конец теплообменника с температурой 30 °С, а удаляется через холодный его конец с температурой — 125 °С. [c.65] Допустим, что охлаждение воздуха в теплообменнике осуществляется холодным азотом, поток которого направлен навстречу сжатому воздуху. Примем, что азот поступает в теплообменник с температурой —190 °С, нагревается за счет теплоты сжатого воздуха и с температурой 25 °С покидает теплообменник. Из графика изменения температуры воздуха и азота по длине теплообменника на рис. 2.15 видно, что по всей длине теплообменника сохраняется разность температур между воздухом и азотом (на графике отмечено штриховкой). Эта разность температур и обусловливает переход теплоты от воздуха к азоту. Чем меньше разность температур, тем меньше теплоты передается на данном участке и, следовательно, тем длиннее должен быть теплообменник для того, чтобы обеспечивалась необходимая поверхность теплопередачи. Однако применение очень длинных теплообменников практически нецелесообразно. Поэтому приходится считаться с тем, что на теплом конце теплообменника удаляемый азот будет иметь более низкую температуру, чем поступающий воздух. [c.65] Таким образом, практически невозможно всю теплоту сжатого воздуха передать азоту или, как принято говорить, рекуперировать весь холод отходящего азота. Часть холода азот уносит из теплообменника, и это составляет потерю холода от недорекуперации в теплообменнике. Данную величину можно подсчитать, зная теплоемкость отходящего газа и разность температур на теплом конце теплообменника. [c.66] Из рис. 2.15 видно, что разность температур воздуха и азота, равная вначале 5 °С, увеличивается по мере удаления от теплого конца теплообменника и приближения к холодному концу, где она в рассматриваемом примере достигает 65 °С. Это объясняется тем, что по мере охлаждения сжатого воздуха в теплообменнике теплоемкость воздуха увеличивается, теплоемкость же обратного потока газа( в данном случае азота, идущего под небольшим давлением) остается почти постоянной. Поэтому ближе к холодному концу воздух охлаждается потоком холодного азота в меньшей степени, чем на участках теплообменника, расположенных ближе к теплому концу. [c.66] Возвратимся к рассмотрению цикла с дросселированием воздуха. [c.66] Ср— теплоемкость воздуха, ккал/(кг-град). [c.66] Этим же способом можно подсчитать затрату энергии и количество получаемого жидкого воздуха для других давлений сжатия в цикле с дросселированием. [c.67] Приведенные данные подсчитаны для начальной температуры сжимаемого воздуха 30 °С и конечного абсолютного давления дросселирования 1 кгс/см . [c.67] С понижением давления холодопроизводительность уменьшается настолько, что влияние потерь холода становится очень заметным и количество жидкого воздуха, приходящегося на каждый килограмм сжатого воздуха, сильно уменьшается. Ввиду того что потери холода всегда имеются, покрыть эти потери сжижением воздуха при абсолютных давлениях сжатия ниже 60 кгс/см - в этом цикле практически нельзя. Тем не менее цикл с дросселированием ввиду его крайней простоты весьма широко применяется в холодильных процессах кислородных и азотных установок. [c.68] Недостатком цикла с дросселированием является относительно высокий удельный расход энергии, а также необходимость применения воздуха высокого давления. По данному циклу (в его простейшем виде) обычно работают установки малой и средней производительности для получения газообразного кислорода. В этих установках холодильный цикл с дросселированием служит для покрытия потерь холода в кислородном аппарате. [c.68] Вернуться к основной статье