Улучшение энергетических показателей воздухоразделительных установок путём введения предварительного охлаждения воздуха

О.В. Евтюхин, студент гр. НТ-111, А.В. Токарев, студент гр. НТ-111, О.В. Калядин

Кафедра физики твердого тела

Для охлаждения и сжижения газов в технике используют холодильные циклы. Холодильным циклом называется замкнутый процесс последовательного сжатия и расширения газа, сопровождающийся его нагреванием и охлаждением. Разность энтальпий воздуха при данных начальном и конечном давлениях тем больше, чем ниже температурный уровень и с понижением температуры увеличивается всё быстрее. Понижение температуры воздуха с 300 К до 285 К увеличивает холодопроизводительность, определяемую компрессором, примерно на 10%, т.е. на холодопроизводительности может довольно заметно отразиться даже температура охлаждающей воды в холодильниках компрессора. Если же для основной части установки, требующей глубокого холода, обеспечить понижение температурного уровня с 300 К до 230 К, то очевидно, для этой части при конечных давлениях 6-20 МПа можно увеличить холодопроизводительность на 76 – 78%. Таким образом, целесообразно в воздухоразделительных установках использовать предварительное охлаждение. Примером может служить цикл с дросселированием и предварительным аммиачным охлаждением воздуха. Предварительное охлаждение воздуха перед теплообменником улучшает показатели холодильного цикла с дросселированием примерно в 2 – 3 раза. Рассмотрим этот цикл (рисунок).

Воздух сжимается компрессором 1,охлаждается водой в холодильниках и по трубе 2 поступает в предварительный теплообменник 3, где охлаждается дросселированным воздухом. Затем воздух направляется в аммиачный теплообменник 4 для охлаждения а ммиаком, поступающим из аммиачного компрессора 5 через конденсатор 6. Охлажденный в аммиачном теплообменнике воздух направляется в основной противоточный теплообменник 7, охлаждается дросселированным воздухом и, пройдя дроссельный вентиль 8, частично сжижается и накапливается в резервуаре 9. Отсюда жидкий воздух сливается через кран 10. Оставшаяся несжиженной после дроссельного вентиля 8 часть воздуха отводится из резервуара 9 по трубе 11 противотоком сжатому воздуху в основной 7 и затем в предварительный 3 теплообменники для охлаждения сжатого воздуха, поступающего на дросселирование.

Аммиачный теплообменник размещается между предварительным и основным теплообменниками для того, чтобы полнее использовать холод дросселированного воздуха. Небольшая дополнительная затрата энергии в аммиачной холодильной машине с избытком покрывается увеличением холодопроизводительности, и экономичность цикла возрастает.

Таким образом, понижение температурного уровня с 300 К до 230 К путем применения промежуточного аммиачного охлаждения дает уменьшение удельного расхода энергии примерно на 13 % на газообразный и на 28 % - на жидкий продукт; при этом выход жидкого продукта увеличивается больше чем в 2,5 раза.

Ввиду своих достоинств, предварительное охлаждение применяется не только в циклах с дросселированием, но и во многих других, в частности в холодильных циклах воздухоразделительных установок для получения жидких азота и кислорода.

Литература

1. Глизманенко Д.Л. Получение кислорода / Д.Л. Глизманенко. - М. : «Химия», 1972. –

752 с.

УДК 621.64: 66-5