Джоуля—Томсона с предварительным охлаждением

Эффект Джоуля — Томсона является важным вспомогательным средством в низкотемпературной технике. Его практическое использование требует, с одной стороны, чтобы описанный процесс был непрерывным, с другой стороны, газ должен быть предварительно охлажден до температуры ниже инверсионной. Тогда эффект Джоуля — Томсона можно использовать вплоть до температуры сжижения газа. [c.131]

Простейшая схема разделения, основанная на охлаждении газа за счет эффекта Джоуля — Томсона, показана на рис. 17. Нефтезаводской газ, предварительно очиш енный от сероводорода, очищают [c.47]

Так как эффект Джоуля—Томсона, т.е. явление, заключающееся в том, что газ при расширении без совершения внешней работы (т. е. при распространении его в пустоту) охлаждается, наблюдается для водорода только примерно ниже —80°, то это обстоятельство сначала создавало затруднения для его сжижения. Последнее впервые удалось осуществить в 1898 г. Дьюару, который выпускал через узкое отверстие в вакуум сильно сжатый и предварительно охлажденный жидким воздухом до —205° водород. Жидкий водород представляет собой очень легкую, бесцветную, непроводящую электрического тока жидкость, застывающую при кипении под уменьшенным давлением за счет теплоты испарения в твердую массу с удельным весом 0,08. [c.60]

I. Необходимость предварительного охлаждения водорода до температуры ниже температуры инверсионной точки при использовании эффекта Джоуля-Томсона, так как до температуры 204,6 К после дросселирования его температура повышается. Поэтому для получения положительного значения эф-50 [c.50]

Для предварительного охлаждения сжатого водорода ниже температуры инверсии эффекта Джоуля — Томсона чаще всего применяют жидкий азот, дающий возможность при кипении под пониженным давлением получать температуры примерно до 63 К. Принципиальную схему установок сжижения на основе дросселирования см. в 3,4. [c.309]

Эффект Джоуля—Томсона для гелия при температурах окружающего нас воздуха отрицательный, т. е. после дросселирования температура гелия повышается. Только после того как гелий будет предварительно охлажден ниже 40 К, при дросселировании его будет наблюдаться понижение температуры (см. приложение, диаграммы XX и XXI). [c.188]

Давление сжатого гелия, подаваемого в ожижитель, зависит от температуры предварительного охлаждения. Как видно из Г—s-диаграммы, для гелия (рис. 3-8) при 7 =20 К максимальный интегральный эффект Джоуля—Томсона получается при давлении 35 ата. [c.188]

Эффект Джоуля—Томсона имеет практическое значение при сжижении газов. Для того чтобы газ при расширении охлаждался, он должен быть предварительно охлажден ниже температуры инверсии. [c.60]

Из диаграммы Т—5 для водорода (рис. 9) видно, что нри 15—20 °С эффект Джоуля—Томсона отрицательный, т. е. после дросселирования происходит нагревание газа. При изотермическом сжатии водорода в области более низких температур его энтальпия также возрастает, а последующее дрвсселирование не приводит к охлаждению. Предельная температура, при которой для р = 0 значения эффекта дросселирования переходят из положительных в отрицательные, называется температурой инверсии (для воздуха она равна 603°К, для кислорода 893 °К) [77]. Температура инверсии для водорода 204,6 °К, а поэтому для получения положительного значения эффекта дросселирования, т. е. охлаждения, необходимо сжатый водород предварительно охладить ниже его тем- [c.44]

Низкотемпературная сепарация осуществляется при температурах от —15° С в описанных ранее гравитационных или циклонных сепараторах с предварительным охлаждением газа. Охлаждение газа до низких температур позволяет более глубоко провести удаление влаги и конденсата. Для охлаждения газа и газового конденсата при НТС используют два метода дросселирование газа и применение специальных холодильных машин. Метод дросселирования основан на "дрос-сель-эффекте" или эффекте Джоуля — Томсона, изучаемого в курсе физики. Суть этого эффекта заключается в изменении температуры газа при снижении давления на дросселе, т.е. на местном препятствии потоку, газа. При положительном эффекте Джоуля — Томсона газ в процессе дросселирования охлаждается, а при отрицательном — нагревается. Для природного газа, состоящего в основном из метана, эффект Джоуля — Томсона положительный, т.е. происходит с охлаждением газа. Для дросселирования газа перед входом в сепаратор устанавливают дроссель, т.е. шайбу с узким проходным отверстием. Дросселирование газа широко применяют при низкотемпературной сепарации ввиду простоты устройства дросселя и отсутствия сложного холодильного оборудования. Однако дросселирование эффективно для охлаждения газа только при определенном устьевом давлении газовой скважины (во всяком случае не менее 6 МПа). Поэтому применение дросселирования на поздних стадиях разработки месторождения неэффективно из-за падения давления газа. В этом случае для охлаждения газа применяют специальные холодильные машины. Применение таких машин позволяет вести подготовку газа до конца разработки месторождения, но при этом возрастают (примерно в 2—2,5 раза) капитальные вложения в обустройство промыслов. Для предотвращения образования гидратов в сырой газ вводят водный раствор гликолей, в частности диэтиленгликоль (ДЭГ). [c.83]

Почти все существующие в настоящее время ожижители основаны на эффекте Джоуля — Томсона и предварительном охлаждении жидким азотом или воздухом. В первую очередь мы дадим описание основной схемы ожижения водорода, а затем приведем некоторые существующие конструкции, а также опишем назначение и устройство отдельных элементов водородных ожижителей. [c.51]

Ожижение водорода за счет эффекта Джоуля — Томсона с предварительным охлаждением жидким азотом. Схема ожижителя [c.51]

Циклы, основанные на исиарении жидкости, часто используются для предварительного охлаждения в циклах, использующих эффект Джоуля - Томсона плп пзоэнтроппйное рас-шпренпе. [c.159]

При повышении температуры (или давления) вначале достигается точка инверсии, когда газы не меняют температуры при дросселировании, а затем эффект Джоуля-Томсона становится отрицательным, т. е. газы при расширении нагреваются. Газы при нормальном давлении имеют следующие точки инверсии воздух - -ЗбО°, водород —80,5°, гелий — 258°, следовательно, водород и гелий не могут быть ожижены дросселированием без значительного предварительного охлаждения за счет других газов. [c.36]

При снижении температуры входящего воздуха, например, до —50° эффект Джоуля—Томсона почти в два раза больше, чем при - 15° (по Хаузену). Кроме того, предварительное охлаждение снижает энтальпию воздуха 1, вследствие чего уменьшается количество тепла, которое нужно отвестив процессе сжижения (/г—/о). [c.398]

Для достижения низких температур в технике используют не только эффект Джоуля-Томсона, но и расширение предварительно сжатого и охлажденного газа с отдачей вне Шней работы (изоэнтропическое расширение). В конечном итоге достижение низких температур связано с сжижением газов и по существу техника глубокого охлаждения является техникой сжижения газов. [c.648]

Одним из крупнейших успехов метода противотока явилось применение этого принципа к сжижению воздуха (1895 г.). Известно, что сжатые газы охлаждаются при расширении (эффект Джоуля—Томсона). Сжижение воздуха было осуществлено лишь после того, как Линде использовал охлажденный дросселированием воздух в теплообменнике (двойном змеевике) для предварительного охлаждения сжатого свежего воздуха. Этот принцип Линде применяется также для сжижения низших газообразных углеводородов с последующим фракционным разделением их под давлением (см. Разделение газовых смесей по Линде—Бронну , стр. 215). [c.75]

Цикл с однократным дросселированием. Эффект Джоуля-Томсона в сочетании с про-тивоточным теплообменом между сжатш и дросселированным газом был использовав первоначально Линде для охлаждения воздуха до температуры ниже критической и последующего ожижения. Как уже указывалось, обязательным условием при этом является непрерывность процесса дросселирования и предварительного охлаждения дросселируемого газа до температуры ниже инверсионной. [c.52]

Из Т—s-диаграммы для водорода (рис. 3-4 и 3-5) видно, что при температурах /= 15—20° С эффект Джоуля—Томсона отрицательный, т. е. после дросселирования происходит нагревание. Температура инверсия водорода 190°К, поэтому необходимо предварительное охлаждение его значительно ниже этой температуры. При охлаждении водорода до 80° К (температура кипения воздуха при 1 ата) и дросселировании его с 200 ДО 1 ата изотермичесйий дроссельный эффект составляет — Аг,, = = 45 ккал кг и теоретический коэффициент сжижения р = 0,17. При охлаждении водорода азотом, кипящим под вакуумом р = 0,2 ата, температура может быть понижена до 68° К, изотермический дроссельный эффект составит—Д/ =53 ккал кг и теоретический коэффициент сжижения р 0,26. Для увеличения коэффициента сжижения водорода целесообразно значительно понижать температуру предварительного охлаждения водорода при помощи кипящего под вакуумом азота или воздуха. [c.185]

Азот сжимается в компрессоре 21 до 200 ати, после чего направляется в блок предварительного охлаждения, состоящий из теплообменника 22 и двух попеременно работающих ам .. ачнь х холодильников 23, которые переключаются по мере 0Х обледенения. В теплообменнике 22 азот высокого давления охлаждается отходящим дросселированным азотол до +3°, а в аммиачном холодильнике 23 — до —40—45°. В результате амл и чного охлаждения достигается не только осушка и освобождение азота от значительного количества растворенных в нем паров масла, но также, что не менее существенно, одновременно достигается большое увеличение дроссель-эффекта Джоуля-Томсона (холодопроизводительности). [c.69]

Ожижитель гелия Капицы. В 1908 г. Каммерлинг Оннесу удалось получить в жидком состоянии гелий, последний из так называемых вечных газов. Трудность ожижения гелия объясняется тем, что для него температура инверсии эффекта Джоуля — Томсона очень низка. Поэтому для того, чтобы иметь возможность использовать эффект Джоуля — Томсона, необходимо предварительно охладить гелий до температуры жидкого водорода. В методе Каммерлинг Оннеса эффект Джоуля — Томсона использовался поэтапно сначала он применялся для охлаждения водорода, а затем гелия. В настоящее время наиболее распространен метод, в котором иа первом этапе охлаждение производится ие водородом, а путем адиабатического расширения. Метод адиабатического расширения впервые был использован Клодом и Хейландом при получении жидкого воздуха, а затем П. Л. Капица применил его для гелия. Примером ожижителя такого рода может служить машина Коллинза. [c.138]

Pue. с. T, t-диаграмма для воздуха а — интегральны аффект Джоуля-Томсона б — холодопроизиодительность процесса дросселирования Оез предварительного охлаждения о — холодопроизводительность процесса дросселирования нри предва-.- [c.430]

На установках такого типа можно сжижать все газы, за исключением водорода и гелия, которые проявляют при температуре окружающей среды эффект нагревания Джоуля — Томсона. Водород (температура инверсии которого равна —80°) может быть сжижен, если после сжатия он охлаждается жидким воздухом или лучше жидким азотом (т. кнп. —196°) и затем расширяется (Дьюар, 1898). Гелий также можно сжижать, если предварительно его охладить жидким водородом (Каммерлинг-Оннес, 1908). Гелий имеет самую низкую температуру кипения из всех известных веществ (4,2°К). Путем испарения гелия при низком давлении достигается температура 0,82° К (Каммерлинг-Оннес, 1923). Исключительно низкая температура (0,001°К) была достигнута при размагничивании некоторых парамагнитных веществ, предварительно охлажденных жидким гелием (Жиок, 1928). [c.143]

Так как эффект Джоуля — Томсона, т. е. явление, заключаюш,ееся в том, что газ при расширении без совершения внешней работы (т. е. при распространении его в пустоту) охлаждается, наблюдается для водорода только примерно ниже —80°, то это обстоятельство сначала создавало затруднения дл его сжижения. Последнее впервые удалось осугцествить в 1898 г. Дьюару, который выпускал через узкое отверстие в вакуум сильно сжатый и предварительно охлажденный жидким воздухом до —205° водород. Жидкий водород представляет собой очень легкую, бесцветную, непроводяш,ую электрического тока жидкость, застывающую при кипении под уменьшенным давлением за счет теплоты испарения в твердую массу с удельным весом 0,08. Важнейшие физические константы водорода сопоставлены в табл. 7. Вследствие небольшого молекулярного веса в соответствии с законом Грэма и Бунзена (см. т. II) водород обладает наибольшими из всех газов эффузионной и диффузионной способностями. [c.56]

В 1934 г. Капица [37—39] построил гелиевый ожижита1ь нового типа, основанный на том же принципе, что и ожижитель Гейланда для воздуха. В этом аппарате часть газообразного гелия проходит поршневую машину, в которой охлаждается, совершая внешнюю работу. Этот охлажденный газ служит для предварительного охлаждения остальной части поступающего в аппарат газа, которая в дальнейшем охлаждается и ожижается за счет эффекта Джоуля-Томсона. В гелиевом ожйжи-теле Капицы единственным хладагентом для предварительного охлаждения аппарата и газа служит жидкий азот, так что в противоположность всем упомянутым выше гелиевым ожижителям охлаждение с помощью жидкого водорода отпадает. На фиг. 73 приведена схема теплообменников ожижителя. Газообразный гелий под давлением 30 ат поступает в ожижитель через трубку 1 [c.192]

Дроссельные микроохладители. Используя эффект Джоуля— Томсона, можно построить холодильную дроссельную машину. Последние могут работать по разомкнутой (источник сжатого газа — баллон) или замкнутой (источник сжатого газа — компрессор) схеме. Рабочее вещество — легко конденсируемые хладоагенты с положительным дроссельным эффектом в области ком натных тегушера-тур (углекислый газ, воздух, аргон, азот и др.). Трудно конденсируемые газы (неон, водород) требуют предварительного охлаждения до те шератур значительно более низких, чем комнатные. Интегрально дроссельный эффект увеличивается с понижением начальной температуры Тц например, для азота при 7 н=ЗО0 К максимальное снижение температуры составляет кт=38 К, я при Т — =200 К — А7 =80К- Поэтому температуру рабочего тела перед дроссельным устройством снижают различными способами сжиженными или отвержденныг ш хладоагентами, криогенными маши-ивми, термоэлектрическими генераторами, а также конструктивным устройством холодильных машин. Например, после дросселирования газ подается в теплообменник, где он охлаждает газ высокого давления, подводимый к дросселю. [c.137]

Сжижение гелия обычно производят, юльзуя эффект Джоуля — Томсона при осселировании с давления 1,6—2,5 МПа. ледствие низкой инверсионной темпера-эы гелия (около 35 К) необходимо зна-гельное предварительное охлаждение атого газа — до 10— 15 К. Из посторон- [c.314]

Для каждого давления воздуха будет иметься какая-то наибольшая величина эффекта Дж оуля-Томсона, соответствующая определенной температуре с понижением или повышением температуры газа по аравнению с этой величиной эффект Джоуля-Томсона при данном давлении будет уменьшаться. Исходя из того, что с понижением температу1ры эффект Джоуля-Томсона возрастает, К. Линде помимо охлаж дения воздуха путем дросселирования использовал еще противоточный теипообменник. С помощью этого теплообменника он предварительно охлаждал сжатый воздух отходящим воздухом, уже подвергшимся охлаждению вследствие дросселирования. Получить низкие температуры, необходимые для сжатия воздуха, только одним его дросселированием без предварительного охлаждения было бы очень трудно и для этого пришлось бы сжимать воздух до очень высоких давлений. [c.53]

Ожижение водорода может быть осуществлено путем применения тех же принципов, которые используются для ожижения воздуха. Однако при ожижении водорода существуют некоторые осложняющие обстоятельства. Температура инверсии эффекта Джоуля — Томсона для водорода равна —204° К Поэтому изэн-тальпийное расширение (дросселирование) водорода не приведет к его охлаждению, если водород не охладить предварительно ниже температуры инверсии. Более того, все вещества, кроме водорода и гелия, замерзают при температурах выше температуры кипения водорода. Поэтому, если ожижаемый водород не является чрезвычайно чистым, его газообразные примеси могут затвердеть и забить каналы теплообменников. Особенно нежелательна примесь даже очень небольших количеств кислорода. Имевшие место взрывы внутри водородных ожижителей приписываются накоплению твердого кислорода в трубках, по которым проходит холодный водород высокого давления. [c.51]

Гелий является газом, перевод которого в жидкое состояние наиболее затруднителен ввиду чрезвычайно низкой температуры кипения (4,2° К) и низкой температуры инверсии эффекта Джоуля— Томсона (—40°К). Впервые гелий был ожижен Камерлинг-Оннесом (Лейденский университет) в 1908 г. Для ожижения нм был использован цикл с дросселированием и предварительным охлаждением гелия (приблизительно до 14° К) за счет жидкого водорода, кипящего при пониженном давлении. Такой способ получения жидкого гелия весьма широко применяется и в настоящее время, а для лабораторий, имеющих достаточное количество жидкого водорода, является одним из наиболее удобных и целесообразных. При ожижении гелия для лабораторных нужд расход электроэнергии редко принимается во внимание. Гора.здо большее влияние на экономичность оказывает степень сложности маишн-ного оборудования и труд, затрачиваемый на обслуживание ожижителя. Двумя наиболее крупными успехами, достигнутыми вожи-исении гелия после Оннеса, являются 1) расширительный ожижитель Симона и 2) ожижитель с детандерами, впервые созданный Капицей и позднее усовершенствованный Коллинзом. [c.70]