- •Учебно-методический материал Раздел №1 «Теоретические основы криогенной техники»
- •Оглавление
- •Тема № 1. Сжатие газов Лекция №1. Назначение, содержание дисциплины. Принцип работы компрессоров и воздухоразделительных установок Учебный вопрос № 1. Назначение и содержание дисциплины
- •Учебный вопрос № 2. Роль газов в обеспечении полетов авиации
- •Учебный вопрос № 3. Назначение, классификация, характеристики и области применения компрессоров
- •Учебный вопрос № 4. Построение диаграммы s – т.
- •Групповое занятие № 1. Процессы одноступенчатого и многосту-пенчатого сжатия газов Учебный вопрос № 1. Одноступенчатое сжатие и его предел
- •Учебный вопрос № 2. Многоступенчатое сжатие.
- •Тема № 2. Очистка и осушка воздуха. Лекция №1. Очистка и осушка воздуха Учебный вопрос № 1. Необходимость очистки и осушки воздуха
- •Учебный вопрос № 2. Способы очистки воздуха
- •Групповое занятия №2. Комплексная очистка и осушка воздуха синтетическими цеолитами Учебный вопрос № 1. Характеристики адсорбентов
- •Учебный вопрос № 2. Комплексная очистка и осушка воздуха синтетическими цеолитами
- •Практическое занятие № 1. Адсорберы воздухоразделительных установок и взрывобезопасность. Учебный вопрос № 1. Адсорберы вру и взрывоопасность
- •Тема № 3. Расширение газов. Лекция № 1. Дросселирование газов. Учебный вопрос № 1. Сущность процесса дросселирования
- •Сжатый газ
- •Учебный вопрос № 3. Применение процесса дросселирования и влияние различных факторов на его эффективность
- •Групповое занятие № 2. Расширение газов с отдачей внешней работы. Учебный вопрос № 1. Назначение и классификация детандеров
- •Учебный вопрос № 3. Общее устройство и рабочий процесс турбодетандеров
- •Учебный вопрос № 4. Сущность процесса расширения газов с отдачей внешней работы
- •Учебный вопрос № 5. Характеристика процесса расширения газов
- •Тема № 4. Глубокое охлаждение. Лекция № 1.Глубокое охлаждение и его циклы. Учебный вопрос № 1. Классификация циклов глубокого охлаждения
- •Учебный вопрос № 2. Абсорбционная холодильная установка
- •Учебный вопрос № 3. Пароэжекторная холодильная установка
- •Учебный вопрос № 4. Газовые холодильные машины
- •Групповое занятие № 2. Основные способы получения холода. Учебный вопрос № 1. Основные способы получения холода, используемые в действительных циклах глубокого охлаждения
- •Учебный вопрос № 2. Холодильные циклы с дросселированием
- •Групповое занятие № 2. Холодильные циклы с расширением воздуха в детандерах
- •Учебный вопрос № 1. Холодильный цикл среднего давления с расширением воздуха в поршневом детандере
- •Учебный вопрос № 2. Холодильный цикл высокого давления с расширением воздуха в поршневом детандере
- •Учебный вопрос № 3. Цикл низкого давления с расширением воздуха в турбодетандере (цикл Капицы)
- •Тема № 5. Ректификация. Лекция № 1. Процессы испарения и конденсации. Учебный вопрос № 1. Общая характеристика процессов испарения и конденсации
- •Учебный вопрос № 2. Равновесие между жидкостью и паром в системе «кислород-азот» и диаграммы её равновесного состояния
- •Групповое занятие № 1. Процесс ректификации Учебный вопрос № 1. Сущность процесса ректификации
- •Учебный вопрос № 2. Однократная ректификация бинарной смеси
- •Учебный вопрос № 3. Двукратная ректификация бинарной смеси
- •Тема № 6. Процессы и аппараты воздухораздели-тельных установок. Лекция № 1. Теплообменники. Учебный вопрос № 1. Назначение и классификация теплообменных аппаратов
- •Учебный вопрос № 2. Рекуперативные теплообменники
- •Групповое занятие № 2. Конденсаторы-испарители Учебный вопрос № 1. Классификация и характеристики конденсаторов-испарителей.
- •Учебный вопрос № 2. Теплоотдача при конденсации пара
- •Учебный вопрос № 3. Теплоотдача при кипении
- •Групповое занятие № 3. Регенераторы Учебный вопрос № 1. Принцип действия регенераторов
- •Учебный вопрос № 2. Очистка воздуха от воды и двуокиси углерода в регенераторах
- •Учебный вопрос № 3. Способы обеспечения незабиваемости регенераторов
- •Практическое занятие № 4. Ректификационные колонны Учебный вопрос № 1. Назначение и состав ректификационных колонн
- •Учебный вопрос № 2. Классификация ректификационных колонн.
- •Учебный вопрос № 3. Конструкция ректификационных колонн промышленных установок разделения воздуха
- •Тема № 7. Контроль качества газов, применяемых в авиации Лекция № 1. Определение содержания веществ в газе. Учебный вопрос № 1. Требования к качеству газов, применяемых в авиации
- •Учебный вопрос № 2. Виды и объемы контроля качества газов, применяемых в авиации.
- •Учебный вопрос № 3. Определение содержания кислорода и азота в газовых смесях.
- •Учебный вопрос № 4. Определение содержания ацетилена, масла и вредных примесей в кислороде
- •Групповое занятие № 2. Приборы для определения влажности и качества газов, применяемых в авиации. Учебный вопрос № 1. Приборы для определения влажности газов
- •Учебный вопрос № 2. Современные методы и приборы контроля качества газов
- •Расчетные
- •Визуально
- •Инструментальные
- •Учебный вопрос № 3. Методы измерений и приборный парк
Групповое занятие № 3. Регенераторы Учебный вопрос № 1. Принцип действия регенераторов
В современных крупных воздухоразделительных установках регенераторы являются основными теплообменными аппаратами, выполняющими одновременно функции аппаратов для очистки воздуха от влаги и двуокиси углерода.
В регенераторах теплообмен между газовыми потоками происходит через теплоемкую массу – насадку регенератора. В течение первой части цикла по каналам, образуемым насадкой, проходит охлаждаемый газ (прямой поток); при этом тепло от газа передается насадке, в результате чего ее температура повышается. Во второй части цикла по тем же каналам насадки, но в обратном направлении, проходит поток нагреваемого газа (обратный поток). Тепло в этот период передается от насадки к газу и температура насадки понижается. Охлаждаемым газом является воздух, сжатый до давления 0,54–0,64 Мн/м2, содержащий обычно влаги 4-10-4 – 5,4·10-3% и двуокиси углерода 4,6-10-4–5,8-10-4% по весу. Нагреваемыми газами являются азот и кислород. Оба нагреваемых газа поступают в регенераторы под давлением 0,12–0,13 Мн/м2.
Рассмотренная схема позволяет одновременно с процессом теплообмена дочищать воздух от влаги и двуокиси углерода. Примеси воздуха при охлаждении прямого потока конденсируются или кристаллизуются на поверхности насадки, а при прохождении нагреваемого газа возгоняются или испаряются и уносятся этим потоком из регенератора.
В регенераторах могут быть созданы условия, при которых для выноса всех примесей воздуха, оставшихся на насадке после прохождения прямого потока, достаточно пропустить через насадку часть обратного потока. Условия, обеспечивающие вынос примесей воздуха частью обратного потока, могут быть созданы в регенераторах с каменной насадкой и встроенными змеевиками. В таких регенераторах часть обратного потока (до 40%), проводящего непрерывно по змеевикам, участвует только в теплообмене. Во время первой части цикла тепло охлаждаемого потока передается насадке (большая часть) и потоку в змеевиках. В течение второй части цикла тепло от насадки передается только обратному потоку; часть тепла от обратного потока передается потоку в змеевиках.
Применяются два способа охлаждения насадки регенераторов: холодным обратным потоком и чередованием прямого и обратного потоков.
Способ охлаждения обратным потоком является наиболее эффективным ввиду отсутствия потока, нагревающего насадку. Однако его можно применять, во-первых, когда для получения холода не нужен воздух, прошедший через регенераторы, и, во-вторых, когда имеется возможность пропустить через регенераторы воздух, охлажденный в холодильном цикле.
Необходимое для нормальной работы регенераторов изменение температуры насадки по высоте регенератора устанавливается после подачи теплого потока. Опытным путем найдено, что обычное чередование прямого и обратного потоков следует начинать после того, как температура потока газа в середине регенератора понизится до 170–180° К. Продолжительность охлаждения насадки до подачи теплого потока зависит от того, какое количество воздуха из холодильного цикла подается в регенераторы.
Второй способ охлаждения насадки применяют в установках, работающих по циклу низкого давления, в которых холод получается при расширении в турбодетандере воздуха, прошедшего через регенераторы и затем подогретого потоком, называемым «петлевым», отобранным из средней части регенератора. После турбодетандера весь воздух направляется либо непосредственно в регенераторы, либо предварительно подогревается в других аппаратах блока разделения, а затем подается в регенераторы. По мере охлаждения насадки температура прямого и обратного потоков на холодном конце регенератора понижается.
Во время охлаждения регенераторов их тепловая нагрузка значительно меньше расчетной, поэтому второй член в правой части уравнения, представляющий собой потери холода от недорекуперации, мал и его можно не учитывать. Потери холода в окружающую среду также незначительны. При таких условиях количество тепла, отнимаемое от насадки за один цикл, будет прямо пропорционально разности энтальпий обратного и прямого потоков на холодном конце регенератора и количеству воздуха, пропущенному через регенераторы. Разность энтальпий можно увеличить повышением разности температур на холодном конце регенераторов. Однако при этом ухудшаются условия для выноса обратным потоком влаги и двуокиси углерода, оставшихся на насадке после теплого дутья. Поэтому разность температур, а следовательно, и разность энтальпий не должны быть больше определенной величины.
Ниже будет показано, что при сокращении продолжительности цикла улучшаются условия возгонки примесей, оставшихся на насадке после теплообмена вследствие увеличения разности температур между газом и насадкой при неизменной разности между средними за полуцикл температурами прямого и обратного газовых потоков.
Посредством сокращения во время охлаждения регенераторов продолжительности цикла создаются условия, при которых, во-первых, интенсивно охлаждается меньшая масса насадки и, во-вторых, допускается увеличение разности температур на холодном конце регенераторов. В результате значительно сокращается продолжительность охлаждения части насадки на холодном конце регенераторов до температуры, при которой обычно работает регенератор. Режим охлаждения регенераторов устанавливается опытным путем.