Циклы для получения жидкого гелия

Циклы для получения жидкого гелия с дросселированием, с расширением в детандере, комбинированные и каскадные). Подобно жидкому водороду, жидкий гелий долгое время получали только в лабораторных условиях в небольших количествах. В настоящее время гелий широко используют в науке и технике, поэтому существует большое число гелиевых ожижителей и рефрижераторов, предназначенных для охлаждения сверхпроводящих систем, криогенных вакуум-насосов, квантовых генераторов, а также различных приборов и аппаратуры. [c.34]

Разработан также цикл с последовательным расширением воздуха в двухступенчатом детандере. Такие циклы со ступенчатым расширением воздуха и использованием одного или нескольких детандеров иногда применяются в крупных установках для получения жидкого кислорода, а также в установках для сжижения гелия. [c.76]

Современные установки для сжижения промышленных газов потребляют определенное количество энергии для осуществления циклов сжижения. Так, для получения 1 л сжиженного газа требуется (ориентировочно) затратить энергию (в МДж) метан (цикл с детандером и каскадный цикл соответственно) 1,13 и 1,07 водород (цикл с дросселированием) 8,28—9,36 гелий (цикл с детандером) 7,92—1,08 кислород и азот (цикл высокого давления с детандером) 3,42—4,43. При получении жидких водорода и гелия учитываются затраты энергии, связанные с Сжижением азота, необходимого для предварительного охлаждения водорода или гелия, равные 4,43 МДж/л жидкого азота [13, 16]. [c.23]

Для получения жидкого водорода используются цикл с однократным дросселированием (производительность ожижителей до 300 л/ч), цикл двух давлений и циклы с детандером (рис. 8). Оба цикла имеют производительность ожижителей более 300 л/ч. Используется также гелиево-водородный конденсационный цикл, основанный на конденсации водорода за счет охлаждения газообразным гелием, имеющим температуру ниже критической температуры водорода. Такой цикл, однако, не нашел широкого промышленного применения. [c.30]

Установки для получения жидкого водорода, гелия. На рис. 130 приведена технологическая схема установки ВО-2 для получения 18,2 кг/ч переохлажденного параводорода, работающей по циклу высокого давления с дросселированием и двумя уровнями предварительного охлаждения азота. В качестве устройства, позволяющего [c.152]

Принципиальная схема, представленная на фиг. 4, иллюстрирует устройство холодильно-газовой машины фирмы Филипс, предназначенной для получения жидкого воздуха. Рабочее тело (гелий или водород) совершает рабочий цикл в результате соответствующих изменений объемов полостей сжатия и расширения. [c.170]

Отмечается [112], что в структурном отношении полимерные пленки имеют два основных преимущества по сравнению с диэлектрическими пленками, полученными испарением в вакууме во-первых, они обладают меньшим числом дефектов структуры и, во-вторых, им присуще меньшее внутреннее напряжение. В изученных пленках механические напряжения составляли - 100 кГ/см2 (по сравнению с 1000 кГ/см" в осажденных в вакууме пленках окиси кремния). После шести циклов изменения температуры, от комнатной до температуры жидкого гелия, не было замечено изменений в структуре и электрических свойствах пленок. [c.356]

Чрезвычайно интересны сверхпроводящие накопители, представляющие собой проводящий контур, помещенный в шахте, заполненной жидким гелием. По расчетам американских специалистов единичная емкость такого накопителя может быть равна 10 МВт-ч. У такого блока потери энергии составят только 700 МВт-ч, а мощность, необходимая для работы системы охлаждения,— не более 30 МВт. Полную зарядку системы можно осуществить за 10 ч, а разряд — за 14 ч, при этом максимальный ток, который может быть получен от системы, составляет около 300-10 А, а средний ток в цикле —не менее 0,7 от максимального. Расход гелия в системе сравнительно невелик при запуске ее требуется примерно 300 кг/(МВт-ч) с ежегодным добавлением для компенсации утечки 20 кг/(МВт-ч), т.е. менее 10%. [c.257]

I, 2, 3 — теплообменники разделяемого природного газа 4 — конденса-ционно-ректификационная колонна для получения сырого гелия. 5 — сепаратор жидкого азота 6 н 8 — теплообменники азотного холодильного цикла 7 — детандер азота 9 — теплообменник сырого гелия 10 — ожижитель и сепаратор цикла высокого давления для получения чистого гелия. [c.320]

В США для удовлетворения возросших требований на жидкий неон организовано его получение на крупной воздухоразделительной установке, перерабатывающей около 31 ООО м ч воздуха [51 ]. На этой установке ежемесячно получают 224 ж неоно-гелиевой смеси (70 об. % неона и 30 об. % гелия), которая нагнетается мембранным компрессором в стальные баллоны под давлением 140 ат. Отсюда неоно-гелиевая смесь через рамповый редуктор направляется в установку для разделения и сжижения неона с помощью жидкого водорода. Смесь охлаждается в теплообменниках, подвергается очистке в адсорбере с углем при температуре жидкого азота, а также охлаждается в ванне жидкого азота, кипящего под вакуумом. Пройдя концевой теплообменник, неоно-гелиевая смесь поступает в вертикальный трубчатый конденсатор, охлаждаемый жидким водородом, который кипит под давлением около 3,1 ат при температуре примерно 25° К. В трубках происходит сжижение неона, а несконденсировавшийся газ содержит около 80 об. % гелия и 20 об. % неона потери последнего с этим потоком составляют 4—5%. Для получения жидкого водорода служит замкнутый холодильный цикл, в котором теплообменники для охлаждения водорода объединены с теплообменниками для неоно-гелиевой смеси. Водород сжимается до 140 ат в поршневом компрессоре, подвергается очистке и охлаждению в теплообменниках, а также в ванне жидкого азота, кипящего под вакуумом, [c.153]

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]

Так как полиамидокислоты растворимы и плавки, из них можно формовать изделия, которые затем подвергаются имидизации. Полученные таким образом Н-пленки ( H-film ), будучи неплавкими и стойкими к радиации вследствие наличия ароматических циклов в макромолекуле, сохраняют гибкость и прочность при температурах от —200 до +400°С благодаря присутствию шарнирных связей С—О—С (некоторые полиимиды сохраняют гибкость вплоть до температуры жидкого гелия). На основе полиа-мидокислот производят высокотемпературные лаки для изоляции электропроводов, а также волокно, которое можно длительное время эксплуатировать при 250°С. [c.325]

Воски, смолы и замазки. Иногда для соединения небольших металлических, стеклянных или керамических деталей используются воски, имеющие относительно низкие температуры плавления и заметно не разлагающиеся при этих температурах. Одной из возможных причин, вынуждающих обращаться к этому способу, является опасность разрушения тонкостенных деталей при использовании более высоких температур, требуемых для получения постоянного соединения. Однако такие применения ограничиваются лишь теми участками системы, температура которых не поднимается значительно выше комнатной. Чаще, чем воски, для этих целей используются эпоксидные смолы, поскольку некоторые из них полиме-ризуются при комнатной температуре. После полимеризации они пригодны для работы в широком температурном интервале от температуры жидкого гелия и до 250° С [274]. Они имеют сравнительно низкое давление паров, а их скорости газовыделения при постоянном использовании постепенно уменьшаются. Предел прочности на разрыв соединений на основе эпоксидных смол лежит в интервале 1—5 кг/мм и возрастает, если полимеризация смолы производится при 150—200° С. Выше и ниже комнатной температуры прочность эпоксидных смол уменьшается до значений, зависящих от Т1 па смолы и цикла полимеризации. Разборка эпоксидного соединения— дoвo Iьнo трудное дело, для этого необходим прогрев по крайней мере до 150°С или продолжительная обработка в растворителях, таких как трихлор-этилен. Небольшие поры или отверстия в корпусах вакуумных камер могут быть заделаны с помощью клеев и лаков, используемых в виде жидкостей или аэрозолей. Однако это следует рассматривать как временную и в какой-то мёре рискованную меру. Эти замазки растворяются в тех же органических растворителях, которые обычно используются для промывки вакуумных деталей, поэтому течь может обнаружиться внезапно. Более того, вероятность их последующей заделки значительно уменьшается из-за неполного удаления остатков замазки. Таким образом, использование за- [c.268]

Б заключение бегло осветил С5ЩН0Сть магнитного метода получения самого низкого холода плп, как его часто называют, метода адиабатического размагничивания. Он основан на способности некоторых парамагнитных солей (гадолиния, церия, трехвалентного хрома, двухвалентного. марганца и др.) терять свою тепловую энергию в магнитном поле в результате упорядочения структурных элементов. Это сопровождается уменьшением энтропии, а следовательно, охлаждением. Находящуюся в контейнере (трубке) соль помещают в криостат с жидким гелием, а затем вводят в контейнер некоторое количество газообразного гелия, чтобы обеспечить тепловой контакт соли с гелиевой ванной. Далее подводят лгагнитное поле, и соль изотермически намагничивается. Газ откачивают нз контейнера, и с ним уходит тепло,отдаваемое солью тепловой контакт с жидким гелием размыкается. Отключают магнитное ноле, в результате размагничивания температура соли надает значительно ниже температуры жидкого гелия. Цикл многократно повторяется. В итоге парамагнитная соль без особых трудностей может быть охлаждена до нескольких сотых долей градуса абсолютной шкалы. Как сообщалось в печати, этим путем достигнута температура, отстоящая от абсолютного нуля на 0,0002° Использование ядерного магнетизма сулит в будущем еще большее приближение к абсолютному нулю. [c.155]

На рис. 12.16 приведены удельные расходы энергии в современных рефрижераторах для получения температур жидкого гелия [547]. Из этих данных следует, чтс КПД Микрокриогенных гелиевых систем составляет примерно 1,5—6% и только для весьма крупцых установок он приближается к 20%. С повышением рабочей температуры показатели улучшаются (особенно для машин небольшой холодопро-изводительности), но и при 80 К их эффективность, оцениваемая по сравнению с циклом Карно (эксергетический КПД), ниже 30%. [c.319]

Описание ожижителя. Выбранная нами схема действительного цикла приведена на фиг. 1.36. Она отличается от схемы идеального цикла не за счет неизбежной неидеальности теплообменников и детандеров, а рядом практических соображений, которые повлияли на выбор цикла и аппаратуры. Для большей компактности ожижителя и получения большего количества жидкого гелия при той же производительности гелиевого компрессора предварительное охлаждение осуществляется за счет применения жидкого азота. Теплообмен между газообразным гелием и жидким азотом, испаряющимся при постоянной температуре, происходит, разумеется, необратимо, что ведет к увеличению энтропии системьь. Разница между идеализированным и действительным циклом состоит также в замене четвертого детандера (см. фиг. 1.35) дроссельным вентилем. [c.85]

Криогенная техника. Последние десятилетия характеризуются интенсивным развитием криогенной техники [49]. Ожижение гелия для получения температуры 1—4° К приобрело промышленный характер, и ныне наряду с мелкими (5—6 л жидкого гелия в час) сооружаются крупные установки и соответствующие емкости (до 20 ООО л жидкого гелия) с суперизоляцией для хранения жидкого гелия. Создаются мощные гелиевые рефрижераторные циклы на уровне 7—10° К [50]. Все эти установки требуют больших количеств чистого гелия, свободного от примесей На, N2, О2, СО2, влаги. Без гелия немыслимы низкие темпера- [c.21]

В установке очистки для получения 146 м /ч чистого гелия расход электроэнергии составляет 51 кВт, жидкого азота из холодильного цикла- 170 кг/ч, газообразного азота- 220 м /ч, воздуха - 183 м /ч, циркулирует 1,7 т/ч оборотной воды, расходуется 450 кг/год цеолитов, 710 кг/год активированного угля, 100 кг/год алюмоилатинового катализатора. [c.221]

При выборе способа очистки сырого гелия для данной установки метод отмывки с помощью жидкого метана сравнивался с системой очистки сырого гелия путем конденсации и низкотемпературной адсорбции. В результате сравнительного анализа предпочтение было отдано методу отмывки жидким метаном [124], так как оказалось, что в этом случае при 24-часовом цикле работы каждого адсорбера требуется около 1000 кг активированного угля против 2000 кг при втором методе очистки. Полученный в криогенном блоке чистый гелий далее направляется в гелиевый ожижитель (на рис. 53 не показан). Для ожижения гелия используется криогенный цикл с последовательным расширением гелия в двух турбодетандерах. Объемная производительность установки по гелию составляет около 500 м /ч. Другим видом продукции, получаемой на установке, является горючий газ, состоящий в основном из метана и имеющий удельную теплоту сгорания около 40000 кДж/м, который сжимается компрессором 2 до 3,6 МПа и подается в трубопровод. На установке используется несколько криогенных циклов, которые в принципе можно рассматривать как четырехступенчатый каскадный цикл. Пропан, конденсация которого на установке производится с помощью воды при температуре 303 К, частично используется для охлаждения природного газа после моноэтаноламиновой очистки в испарителе пропана и конденсации паров воды, где он кипит при Т=273 К, а другая его часть испаряется при более низком давлении при Т= 233 К, обеспечивая конденсацию этилена. В свою очередь, этилен, испаряясь, обеспечивает холод для вывода фракции бензина-сырца и охлаждение природного газа, при котором частично конденсируется метан. Последний подвергается дальнейшему охлаждению до 117 К и сдросселированный до р 0,15 МПа используется для сжижения азота, сжатого до 2,5 МПа. Азот сжимается в компрессоре 16, и после охлаждения в теплообменнике 15 и конденсации в аппарате 8 основной поток жидкого азота подается на верхнюю тарелку колонны 9. Другая часть жидкого азота (на рис. 53 не показано) поступает на охлаждение низкотемпературных адсорберов и в гелиевый сжи тель. Жидкий азот, испаряясь, обеспечивает необходимое охлаждение гелия в гелиевом цикле, охлаждение низкотемпературных адсорберов и природного газа в теплообменниках и понижение температуры промывочного метана. [c.159]

Каскадные установки при большом числе циклов дают возможность получения весьма низких температур, допускающих сжижение водорода и гелия. Так, в Лейденской лаборатории при четырех каскадах с применением в последнем цикле неона удавалось понизить температуру до —247° С, что позволило получать водород в жидком состоянии. Камер-линг-Оннес дополнил Лейденскую каокад ную установку пятым циклом с водородом, благодаря чему ему удалось ожижить гелий. [c.88]

Можно получить обогащенную неоном и гелием фракцию воздуха без применения жидкого водорода. Так, Рамзай и Траверс пропускали в 1900 г. в замкнутом цикле компримированный воздух через спираль Гампсона. В результате постепенного сжижения воздуха удавалось в несжиженной части воздуха получить значительное содержание неона и гелия. После очистки несконденсированной части воздуха от кислорода и азота был получен аргон с 10%-ным содержанием неона и гелия. Этот метод в свете современных потребностей в неоне и гелии имеет чисто историческое значение. [c.43]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология