Циклы ожижения водорода

Рис. 11. Схема и диаграмма Т — 5 цикла ожижения водорода с предварительным охлаждением и однократным дросселированием — компрессор П — теплообменник 1П — теплообменник предварительного охлаждения (газ охлаждается за счет холода жидкого азота или жидкого воздуха до температуры 80—64°К) /— основной теплообменник V — сборник жидкого водорода, ж — доля ожнженного водорода (1 —ж) —то же неожиженного водорода Р1 —давление сжатого газа рз — давление паров водорода.

Рис. 31. Зависимость процента ожижения от давления сжатия и температуры предварительного охлаждения для цикла ожижения водорода с дросселированием.

Таблица Ж.1 Характеристика циклов ожижения водорода

На рис. 15 приведена зависимость удельного расхода энергии на ожижение водорода от величины давления для различных циклов. Сопоставление кривых позволяет оценить относительную эффективность циклов. В расчетах учтен расход энергии для предварительного охлаждения. Кроме того, принято величина недорекуперации Д1=1°С, адиабатический к. п. д. детандера Т1 = 0,8. [c.47]

ЦИКЛЫ ОЖИЖЕНИЯ ВОДОРОДА [c.46]

Величина давления, применяемого в циклах ожижения водорода, приведена в табл. 5. [c.49]

В табл.Ш.1 приведена характеристика четырех рассмотренных холодильных циклов ожижения водорода с указанием их оптимальных параметров, а также удельного расхода энергии на получение I л жидкого водорода нормального состава [Ю]. [c.59]

Гелиево-водородный конденсационный цикл, несмотря на свою экономичность и безопасность, не нашел широкого применения для ожижения водорода, так как при нем требуются отдельный гелиевый холодильный цикл, сложное оборудование и использование расширительных машин. Обычно для осуществления этого цикла применяют детандерные ожижители гелия, с помощью которых можно получить 1,3—1,4 л жидкого водорода вместо 1 л гелия. [c.49]

Установки для производства жидкого водорода (ожижения водорода). В зависимости от принятого цикла и необходимой производительности в состав установки могут входить расширительные машины детандеры или турбодетандеры. [c.52]

Ожижение водорода сопряжено со значительной затратой энергии. Так, для производства 1 кг 95%-ногЬ параводорода на лабораторной установке необходимо 50 квт-ч, на промышленных установках при использовании детандеров только в азотном цикле 24,5 квт-ч, а при использовании детандеров для расширения как азота, так и водорода 17 квт-ч [81]. [c.53]

Ожижение водорода методом дросселировании. Рассмотрим принципиальную схему ожижения водорода методом дросселирования с предварительным охлаждением (рис. 48, а). Газообразный водород сжимается изотермически в компрессоре — до давления р, и поступает в теплообменник /, где охлаждается до температуры Т/, затем водород поступает в ванну // предварительного охлаждения, где его температура понижается до температуры Т . Дальнейшее понижение температуры в теплообменнике III позволяет после дросселирования до давления р (процесс 5—6) получить в сборнике IV жидкость в количестве х кг кг. Жидкость отбирается из цикла, а оставшиеся пары (1 — х) идут обратным потоком через теплообменники III и /, охлаждая прямой поток. [c.104]

Ожижение водорода с использованием других циклов 113 [c.113]

Метод Симона. Своеобразной модификацией цикла с изоэнтропийным расширением является так называемый метод Симона для ожижения гелия или водорода. В небольшой сосуд закачивают под высоким давлением гелий или водород, затем этот сосуд охлаждают до возможно более низкой температуры, например в ванне с жидким или твердым водородом до 20—10° К (при ожижении гелия) или до 60—50° К (при ожижении водорода). При открывании вентиля газ выходит из сосуда, причем гелий, остающийся в сосуде, расширяется изоэнтропийно и при этом охлаждается и ожижается. Более подробно см. стр. 299 и [03-31, А-104 и А-22]. [c.57]

ОЖИЖЕНИЕ ВОДОРОДА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ДРУГИХ ЦИКЛОВ [c.113]

Гелиево-водородный конденсационный цикл (рис. 53). Ожижение водорода может быть осуществлено путем его конденсации с помощью гелиевого рефрижератора. Этот цикл состоит из двух самостоятельных контуров (гелиевого и водородного), связанных конденсатором (рис. 53, а). Гелий проходит через теплообменник I, ванну с жидким азотом //, теплообменник III и расширяется в детандере Д до температуры ниже конденсации водорода. Водо- [c.115]

ЦИКЛОВ. Обязательно следует также учитывать простоту, первоначальную стоимость, эксплуатационные расходы и надежность установки. С этих позиций серьезного внимания заслуживает цикл двух давлений он сравнительно прост и надежен при умеренном расходе энергии. Для крупных ожижителей может быть рекомендован цикл двух давлений с детандером. При выходе детандера из строя эта система может функционировать по схеме двух давлений с дросселированием. Таким образом, работоспособность установки сохраняется при несколько меньшей производительности. Помимо рассмотренных схем, могут быть и другие варианты циклов для ожижения водорода. [c.117]

Для ожижения водорода применена сложная каскадная схема с пятью ступенями охлаждения (рис. 59, б). Применение многоступенчатой схемы позволяет существенно снизить затраты энергии. Характерным является применение только одной ступени с детандером (термодинамически это не очень благоприятно), что позволяет свести с минимуму возможные неполадки, связанные с выходом детандеров из строя. Другой важной особенностью схемы является разделение технологического и холодильного потоков. Циркуляционный холодильный цикл полностью отделен от ожижаемого потока водорода впервые идея такого способа ожижения водорода была предложена и осуществлена Капицей и Кокрофтом в Кэмбриджском университете в 1932 г. Главное преимущество такой организации процесса заключается в том, что основная масса водорода (циркуляционный поток) не требует очистки от примесей очищается только ожижаемая доля газа кроме того, облегчается осуществление многоступенчатой конверсии. Ожижители большой производительности обычно имеют схемы с разделенными потоками. [c.125]

Введение предварительного охлаждения сторонним хладагентом резко повышает долю ожижаемого газа после дросселя. Цикл становится достаточно эффективным и широко используется для ожижения водорода (рис. 35). Предварительное охлаждение [c.98]

Однако на различных стадиях орто-пара-конверсии в цикле сжижения минимальная работа ожижения будет разная. Равновесная конверсия в процессе ожижения может быть достигнута в одну стадию (сразу конечное содержание п-Нг) и в несколько стадий (промежуточные стадии и конечная стадия). Теоретические данные о минимальной работе ожижения водорода нормального исходного состава при 0,101 МПа и 300 К до точки нормального кипения (20,23 К) приведены в табл. 2.57 [92, 199]. Однако общие затраты энергии на ожижение в реальных условиях выше указанной минимальной работы ожижения и связаны с принятым циклом ожижения, с нарастанием в этих циклах совершенства . [c.96]

Примеры идеальных циклов ожижения (по степени нарастания их совершенства) а — цикл с простым дросселированием сжатого газообразного водорода, предварительно охлажденного до температуры 80 К б — цикл с простым дросселирование. в две стадии сжатого водорода, предварительно охлажденного до 80 К в — комбинированный цикл с детандером, работающим при температуре ниже 80 К. [c.96]

На рис. 32 дана принципиальная схема цикла с поршневым детандером для ожижения водорода. Сжатый до высокого или среднего давления водород после охлаждения в теплообменнике I и ванне с жидким азотол // делится одна часть М направляется в детандер D, другая —в теплообменник III и далее на дросселирование. Холодопроизводительность цикла Q складывается из холода, полученного в детандере, и от дросселирования [c.84]

Холодильные циклы, используемые при ожижении водорода [1-3, 5, 8-10, 12, 14, 17] [c.52]

С точки зрения аппаратурного оформления процесса ожижения водорода наиболее простым является цикл с предварительным охлаждением и однократным дросселированием - цикл Линде, который используют в большей части действующих в настоящее время ожижителях водорода. Схематично цикл с однократным дросселированием представлен на рис.Ш.1. Сжатый водород, проходя теплообменник 3 и ванну жидкого азота 4, охлаждается до температуры ниже точки инверсии. Окончатель- [c.52]

Особенно следует подчеркнуть, что в этом случае единственно правильным решением может быть применение термодинамических циклов, обладающих высоким к.п.д. Если вспомнить историю развития отрасли промышленности, связанной с ожижением воздуха, и учесть общие свойства газов, можно с уверенностью предсказать путь, который должен привести к созданию экономически выгодных установок для ожижения водорода. Несомненно, что рост производства жидкого водорода будет сопровождаться увеличивающимся применением детандеров в качестве определенных ступеней цикла. [c.70]

Применение радиальных турбодетандеров требует решения нескольких проблем а) конструкция турбодетандеров должна соответствовать требованиям общего термодинамического цикла ожижения б) должны быть известны необходимые для расчета свойства рабочего тела, в данном случае водорода, а также их влияние на холодопроизводительность и к. п. д. турбодетандера в) должна быть выбрана подходящая конструкция устройства для отвода работы расширения, которая в случае радиальных турбин, характеризующихся высоким числом оборотов, может быть выполнена в виде высокооборотного генератора переменного тока, и г) подшипники турбодетандера (и генератора) должны быть сконструированы надлежащим образом (ввиду больших чисел оборотов может возникнуть необходимость их работы при низких температурах). [c.78]

Б рассмотренных выше циклах дросселирования предварительное охлаждение является обязательным при ожижении газов, инверсионная температура которых лежит ниже нормальной. Так, при ожижении водорода и гелия их необходимо предварительно охладить до температуры ниже соответственно 180 и 40 °К- [c.53]

Все достижения теории и практики 1895-1896 гг., связанные с циклом Линде и его модификациями, не могли снять еще нерешенной задачи ожижения водорода. Последний еще уцелевший член старой команды постоянных газов продолжал упорно сопротивляться всем попыткам перевести его в жид. кость. Бьшо уже ясно, что для этого нужно превзойти прежние рекорды и оторваться от зоны температур твердых кислорода и азота, а они (соответственно 54 и 63 К) уже были достигнуты Дьюаром классическим методом откачки пара над жидкостью. Другими словами, это означало, что необходимо пройти интервал от 60 до 20 К - задача вдвойне трудная. Во-первых, потому, что, как мы видели, каждый градус здесь в несколько раз дороже , чем в зоне температур жидких кислорода и азота. Во-вторых, было неясно, как предохранить полученный жидкий водород (и всю низкотемпературную часть установки) от теплопритоков извне. Теплота испарения ожиженных газов намного меньше, чем у воды СУ кислорода в 10,6 раза, у азота в 11,3 раза). У водорода, если такая тенденция сохранится, как Правильно полагали, она будет еще ниже. [c.130]

На рис.Ж.6 представлена зависимость удельного расхода энергии от давления для холодильных циклов ожижения водорода с учетом затрат на предварительное охлаждение водорода до 65 К (при отсутствии потерь холода в окружающую среду) и проведение орто-паракрнверсии на азотном и водородном уровне (получаемый продукт 95 -ный жвдкий параводород) [c.60]

Изоэнтальнийное расширение сжатого газа используется только в ожижителях малой и средней производительности [76]. Иногда проводится ожижение водорода с помощью гелиевого холодильного цикла, основанного на конденсации водорода за счет охлаждающего действия газообразного гелия, имеющего температуру ниже критической температуры водорода, или методом Симона, являющимся своеобразной модификацией метода изоэнтропийного расширения. [c.44]

Билее совершенные образцы машин позволяют получать до 5 л/ч жидкого водорода при холодопроизводительности 100 вт (17%-ная эффективность цикла Карно) [109]. В ряде лабораторий для ожижения водорода используются также установки с гелиево-водородным циклом. Производительность таких установок доходит до 50 л/ч жидкого водорода [110]. [c.77]

Помимо дросселирования с предварительным охлаждением, для ожижения водорода может быть нспользован еще ряд циклов, которые рассматриваются ниже. При анализе этих схем были приняты следующие предпосылки температура предварительного охлаждения 65° К недорекуперация на уровне предварительного охлаждения = Г С теилоприток из окружающей среды = = 0. Эффективность циклов характеризуется удельной затратой работы Fia сжатие газа в компрессоре. Очевидно, что характеристики, полученные ири таких условиях, являются идеализированными, однако они удобны для выявления общих закономерностей и для сравнения циклов между собой. [c.113]

Сжижение водорода достигается обычно многоступенчатым охлаждение.м в каскадных установках, для которых расход энергии меньше, чем в других. По для ожижения водорода могут использоваться различные холодильные циклы, основанные как на эффекте дроссе.лирования (эффект Джоуля — Томпсона), так и на расширении водорода с производством внеииюй работы в расширительной машине-детандере. При этом должны учитываться некоторые специфические свойства водорода, а именно 1, В отличие от др.угнх газов водород при обычной температуре имеет отрицательный дроссе.,1ь-эффект, т. е. при расширении нагревается. Для получения положительного дроссель-эффекта сжатый водород должен быть предварительно охлажден до температуры ниже температуры инверсии (около 200 К). Это обычно достигается охлаждением до температуры ниже 80 К испаряющимся жидким азотом (в специальных теплообменниках) [c.95]

Цикл Клода. Четвертая схема основана на использовании для ожижения водорода цикла Клода. Схема цикла и его изображение в диаграмме Т -3 приводятся на рис. Ж.4, Весь поток водорода с начальной температурой 65 К, соответствующей температуре предварительного охлаждения жидким азотом, кипящим под вакуумом, охлаждается в предде тандерном теплообменнике 5 и делится на два потока. Часть водорода (1-М) расширяется в детандере 6 до низкого давления, близкого к давлению ванны жидкого водорода. Другая часть водорода М охлаждается-в детандерном теплообменнике и расширяется в дроссельном вентиле 8 до того же давления. Включив в этот цикл детандер 6, таким образом обесйечивают дополнительную ступень охлаждения прямого потока водороду. Количество газа, поступающего в детандер 6, определяют из [c.57]

На рис.1.7 [9] показан возможный вариант холодильного цикла промышленной установки ожижения водорода, в который включен замкнутый петлевой азотный холодильный цикл с детандерш. Назначение азотного холодильного цикла -получение жидкого азота наличие запасов жидкого азота позволяет обеспечить бесперебойность работы при пиковых нагрузках, например в период регенерации узла очистки (на рис.Ш.7 условно показан один адсорбер). [c.65]

Цикл ожижения полностью соответствует циклу на большом лабораторном ожижителе НБС. Около 20 циркуляционного потока водорода ожижают и выводят в виде готового продукта - 95 -ного жидкого параводорода. [c.100]

На более низких ступенях процесса, когда газ охлажден до температур 20—35° К, весьма эффективно ожижение с помощью дросселирования, так как при этих температурах эффект Джоуля — Томсона для водорода весьма высок. Общий коэффициент ожижения а (равный отношению количества получающейся жидкости к количеству сжимаемого компрессором газа) в этой области температур может быть лишь незначительно увеличен за счет замены дросселирования расширением в детандере. В то же время трудности создания такого детандера, который бы работал в области конденсации, значительно превышают небольшой выигрыш в производительности. Таким образом, следует ожидать, что детандеры для ожижения водорода будут применяться при температурах от 30 до 80° К. На фиг. 1 изображены низкотемпературные ступени типичного однодетандерного цикла. [c.71]

Обе эти задачи были решены английским физиком Джеймсом Дьюаром, который преодолел все эти трудности и добился успеха в 1898 г. Это был тот самый человек, с которым ХэмпсоН боролся за приоритет. Разумеется, достижение Дьюара не было случайностью. Только в 1898 г. создались необходимые для ожижения водорода условия. Во-первых, был изобретен и реализован дроссельный газожидкостный цикл, возможности которого, несмотря на достижения Линде и Хэмпсона, еще далеко не были исчерпаны. Во-вторых, с помощью работ француз Д Арсонваля, немца Вайнхольда и самого Дьюара была создана новая вакуумная теплоизоляция, позволяющая снизит теплопритоки извне к холодной части ожижительной установки и самому ожиженному газу во много раз. [c.130]

Ожижение водорода производится принципиально теми же методами, что и ожижение воздуха. Холод в установках для ожижения водорода получается либо за счет эффекта дросселирования сжатого водорода, охлажденного посторонними хла-доагентами ниже температуры инверсии, либо за счет изоэнтропического расширения (главным образом при ожижении больших количеств водорода). В последнее время получило некоторое распространение использование гелиевого холодильного цикла для ожижения водорода. Сравнение методов ожижения водорода по расходу энергии см. рис. 12-2 [02-25а]. [c.294]

Ожижение водорода с использованием гелиевого холодильногб цикла. Использование гелиевого холодильного цикла для ожижения водорода повышает безопасность процесса, так как отпадает надобность в сжатии водорода. Практически для этого чаше всего используются детандер-ные ожижители гелия (см. далее), с помощью которых удается получить примерно 1,3—1,4 л жидкого водорода вместо каждого литра жидкого гелия. [c.295]