- •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
Учебный вопрос № 2. Современные методы и приборы контроля качества газов
Существующие методы контроля качества газов можно условно разбить на несколько групп (рис. 8):
Методы
Лабораторно-
инструментальные
Органолептические
Расчетные
Лабораторно-
исследовательские
Визуально
Расчет материального баланса
Инструментальные
Оценка по запаху
Расчет по удельным
показателям
Рис.8. Классификация методов оценки вредных выбросов
Лабораторно-исследовательские методы
Существует большое количество лабораторно-исследовательских методов. Все они основаны на использовании физических и химических свойств отдельных веществ, входящих в состав анализируемых отходящих газов. Наиболее распространенными являются пламенно-ионизационный, импульсный, хемилюминесцентный, кулонометрический, кондуктометрии-ческий, флуоресцентный, фотометрический, калориметрический методы.
Процесс исследования состоит из следующих этапов:
1) отбор анализируемой пробы;
2) транспортировка пробы;
3) анализ пробы;
4) обработка и выводы по результатам анализа.
Метод абсорбционной спектрофотометрии – колориметрия. Данные методы являются оптическими методами, в основе которых лежит использование воздействия электромагнитного излучения на исследуемую пробу. Наиболее распространенными являются методы абсорбционной спектрофотометрии видимого, ультрафиолетового и инфракрасного излучения. При данных методах используются электромагнитные излучения с длиной волн: видимая область спектра 4·10-5...8·10-5см, ультрафиолетовая область спектра 1·10-7… 4·10-5 см, инфракрасная область спектра 8·10-5…3·10-2 см.
Все методы абсорбционной спектрофотометрии основаны на измерении абсорбции (поглощения) электромагнитного излучения с определенной длиной волны исследуемой средой. Максимальное поглощение, соответствующее некоторой определенной длине волны, и тип кривой абсорбции зависят от структуры данной молекулы. Они являются ее специфической характеристикой и могут служить для идентификации молекулы.
Переходя к описанию аппаратуры, техники проведения анализа и использования методов абсорбционной спектрометрии для определения состава отработавших газов, следует разделить их на три группы, соответствующие измерениям в отдельных областях спектра – ультрафиолетовой, видимой и инфракрасной.
Спектрофотометрия в видимом спектре – колориметрия. Важной особенностью поглощения излучения в видимой области спектра является возможность визуального наблюдения явления. Чтобы исключить зависимость оценки от индивидуальных свойств человеческого глаза, в приборах для измерения интенсивности излучения использованы фотоэлементы и фотоячейки, с помощью которых производится объективная оценка. Сущность колориметрического метода заключается в избирательном воздействии реагирующего вещества на искомое вещество. В результате такого воздействия получаем окрашенный продукт
Спектрофотометрия в ультрафиолетовой области спектра. Принцип работы спектрофотометра ультрафиолетового излучения в основном тот же, что и у приборов, используемых в диапазоне видимого излучения. Он состоит из источника ультрафиолетового излучения, которым чаще всего является водородная лампа, системы разложения света (кварцевая призма или дифракционная решетка), регулируемого окна, камер с репером - эталонным газом и исследуемым газом, детектора, в качестве которого обычно используют фотоэлементы, чувствительные к ультрафиолетовому излучению, и измерительной электросистемы, действующей по принципу компенсации.
Приборы для анализа состава отработавших газов обычно конструируют как двухлучевые. От источника света идут два идентичных пучка лучей, один из которых проходит через газ - эталон, а другой - через исследуемый газ. При помощи системы фотоэлементов определяют разницу проницаемости или поглощения обоих пучков лучей. Для определения содержания в газовой смеси искомого компонента, характеризующегося максимальным поглощением в ультрафиолетовой области спектра, обычно используют эталонную кривую, как и при анализе газов в видимой области спектра (колориметрия).
Спектрофотометрия в инфракрасной области спектра. Оптическая система спектрофотометра инфракрасного излучения идентична схемам вышеописанных приборов. Различие касается качества и конструктивных особенностей отдельных деталей приборов. В качестве источника инфракрасного излучения обычно используют электрически разряженное волокно из агломерированной смеси оксидов цезия, тория, циркония и иттрия. Для детектирования инфракрасного излучения нельзя использовать фотоэлементы или фотоячейки, так как они не реагируют на данную область излучения. Здесь применяют термопары и чувствительные диафрагменные конденсаторы.
Газоанализаторы, действие которых основано на методе абсорбционной спектрофотометрии, позволяют быстро и с достаточной степенью точности определять концентрацию, эти анализаторы приспособлены к автоматическому непрерывному анализу отработавших газов в соответствии со стандартом.
Инструментальные методы
Принцип действия этих приборов также основан на использовании физических и химических свойств.
Измерительные приборы, используемые для анализа, с точки зрения подачи в них проб газов можно разделить на:
приборы для периодических или непрерывных измерений компонентов газов, поступающих непосредственно в прибор;
приборы для периодических измерений компонентов газов, подаваемых в прибор из емкостей, ранее наполненных.
Более удобными являются приборы для непосредственных измерений. Проба газов непрерывно вводится в анализирующую систему. Время, необходимое для определения процентного содержания измеряемого компонента, составляет от 3 до 30 с. Использование инструментального метода позволяет в отличие от лабораторно-исследовательских методов исключить из процессов анализа ряд стадий и практически сразу получить результат.
Органолептический метод
Метод оценки по запаху. Запах может быть определен как ощущение, возникающее в результате взаимодействия химических веществ, присутствующих в пробе, с обонятельной областью человека, расположенной в верхней части носа и регистрируемое в мозгу. Однако не все химические вещества являются пахучими. Характеристиками запаха являются идентификация запаха (определяемость) и его интенсивность. По запаху можно определить - качество (характер запаха) и восприятие (нравится, не нравится, раздражает и т.п.).
Расчетные методы
Все существующие расчетные методы строятся на принципах:
- расчета материального баланса какого либо технологического процесса;
- расчета с использованием удельных показателей.
Расчетный метод определения выбросов имеет следующие преимущества:
- обеспечивает достаточную точность расчетов при незначительных трудозатратах на их выполнение и небольшом объеме исходных данных;
- позволяет определить фактические и ожидаемые концентрации получаемых газов в зависимости от типа установки.
Наиболее простым является метод расчета материального баланса технологического процесса. Суть его заключается в следующем: для конкретного производственного процесса составляется баланс, количество исходных веществ. В этом случае можно получить хорошую сходимость расчетных данных с данными, полученными в ходе проведения фактических замеров.
Методы расчета по удельным показателям. Исходными данными для установления массы примесей служат экспериментальные и расчетные данные о количестве веществ, поступающих в ходе технологического процесса или его отдельной операции, приведенные к единице массы, получаемой продукции, расходуемого материала или к единице времени работы оборудования.