Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
ShPOR_GOS / ЭФИМ / ТЭС / Sistemy_i_ustanovki_kriogeniki.doc
Скачиваний:
121
Добавлен:
11.02.2015
Размер:
488.96 Кб
Скачать

2.2. Теоретические процессы сжижения газов (воздуха)

Идеальный процесс конденсации газов, для которых То.с»Ткр, может быть проведен тремя методами. Нагляднее эти методы можно отобразить наT,s-диаграмме (см. рис.2.3).

Рис.2.3. Теоретические процессы сжижения воздуха наT,s-диаграмме:

а) 1-2-3 – охлаждением без предварительного сжатия;

б) 1-6-8-3 – охлаждением с предварительным сжатием воздуха;

в) 1-11-3 – изотермным сжатием и адиабатным расширением;

Ттт– температура тройной точки

Пусть начальное состояние воздуха соответствует условиям окружающей среды. На диаграмме это параметры в т.1 (Т1=То.с288 К; Р10,1 МПа). Тогда, получение жидкого воздуха при том же давлении (в т.3Р3=Р1), возможно следующими способами:

1) охлаждением воздуха без предварительного сжатия. В этом способе при неизменном давлении (Р1=const) от воздуха отводится теплота (процесс 1-2). Температура снижается отТо.сдо начала фазового перехода в т.2. Теплота охлаждения отводится в окружающую среду какой-либо вспомогательной холодильной или криогенной установкой.

Если в области влажного пара и дальше отводить теплоту, то при неизменной температуре будет происходить конденсация воздуха – процесс 2-3. В конце этого процесса весь газ перейдет в жидкость с параметрами т.3. Теплота конденсации: qк=i2-i3.

На весь переход от газа к жидкости количество теплоты, которое надо отвести от воздуха, будет qож=i1i3, а минимальная затраченная работа равнаlож=e3-e1(разность эксергий). Если воздух охлаждать дальше, то в т.4 появится твердая фаза – шуга, а в т. 5 воздух полностью перейдет в твердое состояние;

2) сочетанием охлаждения с предварительным изотермическим сжатием. В этом процессе часть теплоты у газа отводится в процессе изотермического сжатия (процесс 1-6). Затем теплота отводится в изобарном процессе охлаждения (процесс 6-7).

Заметим, что если конечное давление изотермического сжатия меньше критического (Ркр), то процесс сжижения будет аналогичен 1-му способу. Только конденсация будет протекать при температуре более высокой, чем при 1-м способе. И чем больше это давление, тем выше температура сжижения и меньше теплота конденсацииqк.

При Pкрсжижение наступает уже при достижении критической температурыТкр(в т.7) и в этом случае теплота конденсацииqк=0. При дальнейшем изобарном охлаждении в т.9 появится шуга, а в т.10 воздух перейдет в твердое состояние. (Линия 9-10 лежит на линии 4-5, т.е. приТтт);

3) изотермическим сжатием с последующим адиабатным расширением до конечного давления Ро.с. Из диаграммы видно, что чем выше давление предварительного (изотермического) сжатия, тем большую долю теплоты сжиженияqож можно отвести при температуре окружающей средыТо.с.

Можно представить себе такой процесс, когда вся теплота qож отводится приТо.с. Для этого газ изотермически необходимо сжать до такого давленияР11(процесс 1-11), чтобы при адиабатном его расширении доРо.сполучить жидкость с параметрами т.3 (процесс 11-3).

Чтобы получить твердую фазу, газ необходимо сжимать до давления Р12, с тем, чтобы при адиабатном расширении получить параметры т.10 (т.5).

В этом способе вся работа сжижения lож=e3-e1=e11-e1идет только на сжатие воздуха. Но чтобы реализовать этот метод, нужны сверхвысокие давления. Для воздуха, например, это давление превышает 45 ГН/м2(45000 МПа), что реализовать нереально. Поэтому для воздуха такой метод неприменим.

Этот способ сжижения применяется для тех газов, у которых ТкрблизкаТо.с(например, СО2), т.е. в установках работающих в области холодильной техники (а не криогеники).

На практике используются 1-й и 2-й способы сжижения.

В 1-м – нужны дополнительные холодильные устройства и поэтому это, как правило, малопроизводительные лабораторные или полупромышленные установки.

Все промышленные установки по сжижению воздуха работают по 2-му способу, т.е. сжижение осуществляется охлаждением с предварительным сжатием. В качестве охладителя используется часть сжиженного газа, хотя могут использоваться и вспомогательные холодильные машины.

Теоретически суммарная работа сжижения во всех трех случаях одинакова (при одинаковых начальных и конечных параметрах воздуха). Это теоретически минимальная работа lмин. Наиболее удобно ее определять как разность эксергий воздуха при конечных параметрах:lмин=e3-e1. Сравнивая эту работу с затратами энергии в реальных установках, можно оценить их эффективность.

Эксергии вычисляются по известным соотношениям [1]:

, кДж/кг; (2.7)

, , (2.8)

где То.с,iо.с,sо.с– температура, энтальпия, энтропия воздуха определяются по параметрам на входе в установку,

i3,s3– по параметрам сжиженного воздуха с помощью таблиц или диаграмм [3].

Соседние файлы в папке ТЭС