8.5 Жасанды суық тұтынушылар және суық өндіретін стансалар
Суықты пайдалану бағыттары 8.2-кестеде келтірілген.
8.2-кесте. Суықты пайдалану бағыттары
Ыстықтық (температуралық) деңгейлер |
|
Тт>120 K |
Тт<120K |
Тамақ өнеркәсібінде, ауыл шаруашылығында және саудада өнімдерді сақтау және тасымалдау үшін. Медицина, биология және фармокологияда биологиялық өнімдер мен дәрілерді өндіру және сақтау үшін. Химиялық өнеркәсіпте жасанды талшықтар және пластмасса өндіру үшін. Тау кен өнеркәсібінде, құрылыста бөгеттер мен туннельдерді салғанда. Жасанды мұз алу үшін (жасанды мұз катогы үшін). Өндірістік және тұрмыстық баспаналарда ауабаптау (кондиционирование воздуха) үшін. |
Радиотехника және электроника Криомедицина Ғылыми-зерттеулер жүргізгенде Химиялық өнеркәсіпте газдар қоспасын бөлу үшін Авиация мен космонавтикада оттек, отын мен тотықтырғыштар алу үшін Энергетикада электр кедергісі кіші (асқын өткізгіштер) құрылғылар үшін |
Өндірісте пайдаланатын суық көрсеткіштері кең аралықта өзгереді: –110-нан +150С-қа дейін. Суықпен қамдау жүйелерінің жүктемесі айтарлықтай болуы мүмкін, кейбір өндірістерде қосынды қайрат тұтынудың 15–25%-ын құрайды.
Ірі өнеркәсіптік кәсіпорындарында тоңазытқыш стансалары ұйымдастырылады, оларда бірнеше көрсеткіштері бар суық өндіріледі. Бұндай стансалардың өндірілугі 35 МВт-қа дейін жетуі мүмкін.
Суық көрсеткіші біреу болса, суық өндіру қондырғысы негізгі суық тұтынушылар шоғырланған тәсілдемелік цехте орналасуы мүмкін. Тоңазытқыш станса бөлек ғимаратта орналасады және онда бірнеше көрсеткіші бар суық өндіріледі.
8.6 Ауаның ажырату өнімдерін (оттек, азот, аргон және т.Б.) өнеркәсіптік тұтынушылар
Ауаның ажырату өнімдерін (оттек, азот, аргон және т.б.) пайдаланатын өнеркәсіптер:
– металургиялық,
– химиялық,
– мәшинежасау ж.т.б.
Тәсілдемелік құбылыстарды қарқындатудағы оттек рөлі артуда. Оттекті қолдану арқылы отынның меншікті шығысы төмендетіледі, шығарылған өнім сапасы және тәсілдемелік құбылыстардағы пайдалы жылу пайдалану дәрежесі өседі. Шыны өндірісінде оттекті қолдану негізгі құбылысты қарқындату мен қатар 30-40 % отын үнемдеуге мүмкіндік береді.
Домналық өндірістегі оттекпен байытылған үрлеу домна пешінің өндірулігін 15-20 % -ға өсіріп кокс шығысын 10-15%-ға төмендетеді.
Шойын өндіргенде оттектің меншікті шығысы 120м3/т (қысымы 0.105 МПа, шоғыры 95%), азоттың меншікті шығысы10-15 м3/т (қысымы 0.105 МПа, шоғыры 99.9 % ).
Конверторлық болат өндіргенде оттектің меншікті шоғысы 50 м3/т (қысымы 1.5 МПа, шоғыры 99.5 % ).
8.7 Ауаны ажырату қондырғылары (о2 және n2-ні өнеркәсіптік алу)
Ауаны ажыратудан бұрын оны сұйылтады. Капица тәсілі бойынша ауа тұрақты ыстықтықта (Тқ.о=тұрақ) Р2=0.5 – 0.7 МПа-ға дейін сығылады (8.8-сурет). Құбылыс тұрақты ыстықтықты болу үшін тоңазытқышта ІІ ауа салқындатылады. Содан кейін Тқ.о және Р2=0.5 – 0.7 МПа көрсеткіштері бар ауа жаңғыртулық жылуалмастырғышқа ІІІ жіберіледі, онда Р2=тұрақ болғанда салқындайды. Бұдан кейін салқындаған ауа ағыны 2-ге бөлінеді. Кіші бөлігі (5 – 10%) сұйылтуға ІҮ, ал қалғаны (90 – 95%) турбиналы детандерге Ү бағытталады. Шықтану (сұйылу) жылуалмастырғыш-сұйылтқышта өтеді, ол детандерден келген ауа мен айырғыштан (сепаратор) ҮІІ келген құрғақ қаныққан бу қоспасымен ағысталады. Жылуалмастырғыш-сұйылтқыштан кейін ауа кедергіленеді (кедергі ҮІ) және айырғышқа ҮІІ бағытталады, онда сұйық құрғақ қанықан будан бөлінеді. Сұйық ауа (сығымдағыштан І келген жалпы көлемнің 3-6 %) құбыр ҮІІІ арқылы ажыратуға әкетіледі.
Детандерде Ү ауа жылуалмаспай (адиабаттық) кеңейгенде салқындайды (˜103 К дейін) және жұмыс атқарады.
Сұйық ауа бірнеше сұйықтардың (О2, N2, Ar және т.б.) қоспасы. Құраушылардың қайнау (булану) ыстықтығы әртүрлі (8.3-кесте), ауаны құраушыларға ажырату осы қасиетке негізделген.
8.3-кесте. Сұйытылған және қатырылған газдардың физикалық қасиеттері
Газ
|
0.1 МПа-ғы сұйық |
Қатты фаза |
|||
Қайнау ыстықтығы, К |
Булану жылуы, кДж/кг |
Тығыздық, кг/м3 |
Балқу ыстықтығы, К |
Балқу жылуы, кДж/кг |
|
Азот |
77.4 |
199.3 |
808 |
63.2 |
25.7 |
Аргон |
87.3 |
163.0 |
1403 |
83.9 |
29.5 |
Ауа(құрғақ) |
78.8 |
205.6 |
861 |
60.2 |
--- |
Көміртек диоксиді |
194.7*
|
369.6 |
1178 |
216.6* |
196.9* |
Оттек |
90.3 |
213.5 |
1140 |
54.8 |
13.9 |
Метан |
111.7 |
510.3 |
424 |
80.7 |
58.6 |
Неон |
27.1 |
90.9 |
1204 |
24.6 |
16.6 |
Көміртек оксиді |
82.7 |
216.2 |
814 |
68.2 |
30.5 |
*) үштік нүкте деңгейінде
Құбырдан VIII келген сұйық ауа (8.8-сурет) төмен ыстықтықты ректификаттау арқылы ажыратылады. О2 және N2 сұйықтарының қоспасы көп рет қайталанып, ішінара буланады және шықтанады. Сұйықпен теңесуде тұрған буда қайнау ыстықтығы төмен зат көп болады, ал сұйықта төмен ыстықтықта қайнайтын құраушы (азот) азаяды.
8.8-сурет. Капица тәсілі бойынша ауаны сұйылту қондырғысының сүлбесі: І-сығымдағыш; ІІ-тоңазтқыш; ІІІ-жаңғыртулық жылуамастырғыш; ІҮ-жылуалмастырғыш-сұйылтқыш; Ү-детандер; ҮІ-кедергі; ҮІІ-айырғыш; ҮІІІ-ажыратуға сұйық ауа жеткізетін құбыр
Бір рет ректификаттау бағанының қағидалық сүлбесі 8.9-суретте көрсетілген. Бір рет ректификаттау өндірулігі кіші қондырғыларда сұйық О2 алу үшін қолданылады. Қондырғының бірлік қуаты үлкен болғанда екі рет ректификаттау пайдаланылады.
Ажыратылатын сұйық құбыр 1 бойынша бағанның орта бөлігіне 2 беріледі. Бағанның төменгі бөлігінде ажыратылатын қоспа сұйық түрде жиналады, онда құбырлық буландырғыш 3 орналастырылған. О2 және N2 қоспасының сұйық фазасы баған тәрелкелері бойынша төмен ағады және буландырғыш 3 жылуынан буланып жоғары көтеріледі де шықтағышқа 4 келеді, онда жылу әкетіледі. Түзілген сұйық фаза (шық) жоғары көтерілген бу ағынымен жанасып төмен ағады. Буландырғышта 3 ең алдымен сұйық азот булана бастайды, ал буландырғышта қалған сұйықта оттек көбейеді. Бұнда буландырғышта сұйықтың қайнау ыстықтығы өседі де қыйын қайнайтын құраушы (оттек) булана бастайды. Шықтағышта басында оттек буы шықтанады және сұйық оттек төмен ағады. Шықтану ыстықтығы қоспаның азотпен байытылуынан төмендейді.
8.9 –сурет. Бір рет төмен ыстықтықты ректификаттау бағаны
Нәтижесінде бағанның жоғарғы бөлігінен сұйық немесе газ тәрізді азот (сәйкесті N2(с) және N2(г)), ал төменгі бөлігінен – сұйық және газ тәрізді оттек (О2(с) және О2(г)) алынады.
Бір рет ректификаттау бағанында таза оттек және 5-10%-ға дейін оттек қосылған азот алынады.
Екі рет ректификаттау бағанында таза оттек (99.8-99.7%) және азот (97-98%) алынады.
Ауаны ажырату қондырғыларында негізгі ажырату өнімдерінен (оттек және азот) басқа да ауаның құрама бөліктерін-инерттік газдарды алады. Аргоннан басқалары ауада өте аз мөлшерде болады (8.4-кесте).
8.4-кесте. Құрғақ ауа құрамы
Газ |
Көлемдік мөлшер, % |
|
Азот N2 Оттек О2 Аргон Аг Көміртек диоксиді СО2 Неон Nе Гелий Hе Криптон Кr Ксенон Хе Сутек Н2 |
78,09 20,95 0,93 0,03 1,8·10-3 5,2·10-4 1,0·10-4 8,0·10-6 5,0·10-5 |
|