ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Холодильные циклы с расширением воздуха в детандере и отдачей внешней работы из "Получение кислорода Издание 5 1972" После расширения и охлаждения в детандере воздух выводится наружу через теплообменники 4 w 3, охлаждая поступающий сжатый воздух. Часть сжатого воздуха, не прошедшая через детандер (примерно 20—30 7о), 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 и 3. [c.73] Количество холода, получаемое в цикле с детандером, зависит от давления сжатия, температуры и количества воздуха, направляемого в детандер. Чем меньше давления сжатия, тем более низкую температуру должен иметь воздух перед детандером и тем большее количество воздуха должно направляться в детандер. [c.73] Диаграмма 5—Т для цикла среднего давления с детандером показана на рис. 2.17,6. Воздух, сжатый изотермически при Ti по линии 1—2, охлаждается под давлением р2 в теплообменнике 3 до температуры Тз. В точке 3 часть воздуха (количество М) идет в детандер, где расширяется по линии 3—6 до давления ри охлаждаясь при этом до Тц. По линии 6—I 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 (г = onst) дросселируется и сжижается (количество х), а затем выводится из ожижителя. Несжижившаяся часть воздуха (количество 1—М—х) отводится через теплообменники 4 и 3, где смешивается с воздухом из детандера, охлаждая сжатый воздух по линии 6—1. [c.73] Действительно, с повышением температуры Т линия дросселирования 4—5 располагается правее и длина отрезка 5—6 , пропорциональная количеству сжижаемого воздуха, уменьшается. Поэтому в циклах с детандером каждому давлению р2 и количеству детандерного воздуха М соответствует наивыгоднейшая (оптимальная) температура воздуха Гз перед детандером. [c.74] Взаимосвязь между температурой воздуха перед детандером и количеством воздуха, поступающего в детандер, изображена графически на рис. 2.18. Точки резкого перегиба кривых показывают оптимальные значения температуры перед детандером при этих температурах и соответствующих им количествах детандерного воздуха выход жидкого воздуха будет наибольшим при наименьшем удельном расходе энергии. [c.74] Все эти условия необходимо учитывать при проектировании и регулировании установок с детандером. Следует выбирать наивыгоднейшие соотношения параметров процесса, при которых обеспечивается наибольшее количество холода на 1 кг перерабатываемого воздуха или получаемого продукта разделения. [c.75] Абсолютное давление сжатия в компрессоре Р2, кгс/см -. [c.76] Количество жидкого воздуха, получаемого на 1 кг сжатого воздуха, кг. .. [c.76] 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 двух давлений с дросселированием и предварительным аммиачным охлаждением. [c.76] Цикл высокого давления с расширением воздуха в поршневом детандере. Холодильный цикл высокого давления с поршневым детандером является видоизменением цикла среднего давления с детандером. Отличие заключается в том, что в цикле высокого давления не требуется предварительное охлаждение воздуха перед детандером до низких температур. Это является определенным преимуществом, если учесть трудности смазки цилиндра детандера при низкой температуре поступающего в него воздуха. [c.76] Подсчитаем теоретическое количество жидкого воздуха и удельный расход энергии для этого цикла при указанном соотношении. [c.77] Принимаем абсолютные давления = 1 кгс/см -, Рз = 200 кгс/см -, = = = 303 °К М. = 0,5 адиабатический к.п.д. детандера 0,65 потери холода + 9нед = 3,5 ккал/кг. [c.77] Из приведенного примера видно, что работа детандера составляет у-100 = = 6,9% работы, затрачиваемой на сжатие воздуха в компрессоре. [c.78] Удельный расход энергии и количество получаемого жидкого воздуха в цикле высокого давления (/ а = 200 кгс/см ) с детандером, с учетом холодопотерь, приведены выше. [c.78] С повышением рабочего давления увеличивается количество получаемого жидкого воздуха и при / а = 200 кгс/см оно теоретически достигает 19,4% количества воздуха, перерабатываемого в установке. При получении жидкого кислорода теоретический расход энергии в рассматриваемом цикле будет больше, так как по условиям работы ректификационных аппаратов и вследствие невозможности полного расширения воздуха в цилиндре детандера, имеющем ограниченную длину, расширение ведут не до / а=1 кгс/см , а до Ра = 6—7 кгс/см , что уменьшает теплоперепад в детандере. В этом случае, приняв абсолютное давление р[=8 кгс/смг-, получим А = 0,16 кг/кг и iVy =l,29 квт-ч/кг = 4644 кдж/кг. [c.78] 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. [c.78] 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 кгс/см . 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.79] По расходу энергии на 1 кг жидкого продукта оба процесса равноценны. [c.79] На диаграмме 5—Т этого цикла (см. рис. 2.20,6) изотермическое сжатие воздуха до абсолютного давления /72=6—7 кгс/см изображается горизонтальной линией 1—2, а охлаждение в регенераторах до состояния 3 — изобарой 2—3, соответствующей давлению р2. По линии 3—4 происходит расширение воздуха в турбодетандере до абсолютного давления pi = l кгс/см , причем линия 3—4 соответствует адиабатическому процессу расширения, а линия 3—-I— действительному. Конденсация оставшейся части воздуха, не проходившей через турбодетандер, протекает по линии 3—5—6. Линия постоянной энтальпии 6—7 соответствует процессу дросселирования воздуха, сжиженного в конденсаторе. Образующиеся при дросселировании пары жидкого воздуха смешиваются с потоком воздуха из турбодетандера и через трубки конденсатора поступают в регенератор, охлаждая его насадку при этом они сами нагреваются до первоначальной температуры Ti по линии 7—4—1 постоянного давления pi. [c.80] Суммарные холодопотери - - 7 ед = 1,5+ 0,7 = 2,2 ккал/кг. [c.80] Вернуться к основной статье