Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:патенты / Сборник патентов_5793
.pdf
теплообменник по трубе k, проходя через теплообменник в теплообменном взаимодействии с поступающим
сжатым воздухом. Пары азота, собирающиеся в верхней части колонны, аналогичным образом проходят
через теплообменник посредством соединения 1 в теплообменном взаимодействии с поступающим сжатым
воздухом.
Одна из частей сжатого воздуха используется для подачи холода, подаваемого в колонну над верхней частью
секции лотка. С этой целью жидкость 9,5, собирающаяся в нижней части средней трубной секции вокруг ее
трубок, дросселируется (до температуры немного выше атмосферной) с помощью дросселя mn в нижнюю
часть верхней трубной секции, где она испаряется, а пары проходят обратно через теплообменник, передавая
тепло сжатому воздуху через соединение n. Пар из области вокруг трубок средней трубной секции поступает j
10 в испаритель o внешнего цикла охлаждения D с помощью соединения p. Там пар охлаждается и
конденсируется путем передачи тепла жидкости, образующейся в жидкостном испарителе q 1 внешнего цикла
jj O, и дросселируется (до температуры немного выше атмосферной) в испаритель с помощью дросселя r.
Богатый азотом пар, сконденсированный в испарителе, направляется в нижнюю часть средней В секции
трубки пар, испаряющийся в испарителе за счет обмена теплом, возвращается обратно через сжижитель q
внешнего цикла, обмениваясь теплом с поступающей в него жидкостью 120. Внешний цикл обеспечивает
необходимое количество холодопроизводительности для компенсации теплопотерь в систему и потерь тепла,
которые представляют собой разницу между теплосодержанием жидкостей, поступающих в систему и
выходящих из нее.
Прежде чем рассматривать преимущества процесса в целом, рассмотрим некоторые части аппарата и их
функции, поскольку таким образом можно получить более полное представление о всем процессе.
Обращаясь к механизму теплообменника для охлаждения нисходящего потока и нагрева обратного потока,
можно увидеть, что теплообменник разделен на две секции. Имеются две короткие секции теплообменника
s-s, соединенные параллельно показанными соединениями, так что их можно поменять местами, и две секции
t, t (которые могли бы быть выполнены в одной секции, но разделены по причинам, которые будут объяснены
позже). Две секции t, t соединены последовательно друг с другом и постоянно остаются в цепи, причем первая
из этих секций соединена последовательно с любой из секций, которая находится в цепи.
Причины для предоставления такой возможности следующие: Такзинг.
Ввиду того, что нежелательное образование конденсата и льда происходит в области теплообменника, куда
поступает воздух, я отделяю эту часть теплообменника от остальной его части, обеспечивая два коротких
реверсивных теплообменника. В стандартной схеме теплообменников, состоящей всего из двух параллельно
расположенных блоков, при переключении блоков тот блок, который принимает газ, прошедший через другой
блок, содержащий лед, нагревается до комнатной температуры, и, хотя происходит некоторое падение
температуры газа, проходящего через указанный другой теплообменник.
При этом наблюдается незначительное чистое понижение температуры, в результате чего газ, подаваемый в
ректификационный блок, относительно теплый и немедленно влияет на цикл ректификации, нарушая условия
эксплуатации, расходуя холодильную энергию и значительно увеличивая потребление электроэнергии.
Нарушение процесса ректификации, в свою очередь, влияет на чистоту продукта, и, таким образом, как с
точки зрения эксплуатации, так и чистоты продукта, нарушается непрерывность или однородность условий.
Эти условия сохраняются до тех пор, пока температура в ректификационном блоке не будет снижена до
рабочих значений, и, конечно же, эти условия снова устанавливаются, когда требуется обратный процесс
из-за образования льда.
Разделение циркуляционного теплообменника и наличие двух коротких обратимых участков в области, где
происходит нежелательное образование льда, позволяет избежать этих трудностей.
Кроме того, в металле теплообменника (в стандартном оборудовании) хранится значительное количество
хладагента, который был выведен из контура. Этот хладагент теряется в процессе нагрева до комнатной
температуры. В моей усовершенствованной конструкции часть теплообменника, в которой хранится хладагент
в металле при низкой температуре, всегда находится в контуре, и, таким образом, этот хладагент не теряется
так, как это обычно происходит. В дополнение, предлагаемая мной конструкция рассчитана на повышение
термодинамической эффективности, поскольку существует минимальная разница температур между
нисходящим и обратным потоками в теплообменнике, в отличие от стандартной конструкции
теплообменников, описанной выше, в которой, по необходимости, должна быть большая разница температур,
возникающая там, где происходит реверсирование.
Таким образом, показанная и описанная схема переключения обеспечивает простоту и удобство
эксплуатации, а также сводит любые колебания в системе к минимуму (85 мкм), так что при реверсировании
не наблюдается существенного влияния на ректификацию и чистоту продукта, а потребляемая мощность
поддерживается на минимальном уровне.
Обращаясь к рис. 1, следует отметить, что реверсивные секции теплообменника поддерживаются за счет
своих верхних частей, в то время как остальные секции теплообменника поддерживаются за счет своих
нижних частей. Соединения между реверсивными секциями теплообменника и секцией, непрерывно
работающей в контуре, осуществляются, следовательно, в точках опоры, и, таким образом, не возникает
трудностей, связанных с расширением и сжатием. Аналогично, что касается каждой общей секции
теплообменника, предусмотрено расширение и сжатие от точки опоры и в направлении к ней. Колонна
поддерживается под углом -0 относительно своей середины приблизительно на одной линии с опорами
теплообменника, так что расширение и сжатие происходят в направлении к концам и от них.
Та часть теплообменника, которая непрерывно находится в цепи, предпочтительно разделена на две
вышеупомянутые секции, причем половины, взятые вместе с соответствующими соединениями, расположены
в форме перевернутой буквы U, что уменьшает общую высоту здания, необходимую для размещения
установки, укорачивает соединения между концом теплообменника и выпрямителем и, кроме того,
минимизирует утечку тепла. Более того, такое расположение приводит к существенному выравниванию
падения давления от нижней части выпрямителя до конца теплообменника и от верхней части выпрямителя
до конца теплообменника.
Теперь обратимся к теплообменнику B (состоящему из группы трубок с окружающим их корпусом). Одна из его
основных задач — создание условий, при которых теплообменник, с одной стороны, и выпрямитель, с другой,
могут выполнять свои функции с максимальной выгодой, как с термодинамической, так и с иной точки зрения.
В отношении теплообменника, теплообменник испаряет чистый жидкий кислород, взятый из емкости в нижней
части колонны, в результате чего кислород возвращается через теплообменник в парообразном виде. При
таком виде кислорода для протекания пара через теплообменник достаточно небольшого давления, тогда как
если бы кислород необходимо было доставить в теплообменник в жидком виде, потребовалось бы
значительное давление.
Это повышение давления отразится на всей системе, вызывая соответствующее увеличение по всей её
части, что, конечно же, не только увеличит потребность в энергии, но и негативно скажется на процессе в
целом.
Учитывая, что охлаждаемая в теплообменнике жидкость находится в парообразном состоянии, с
термодинамической точки зрения весьма выгодно, чтобы охлаждающая жидкость, возвращающаяся через
теплообменник, также находилась в парообразном состоянии. Теплообменник обеспечивает это. Кроме того,
теплообменник по сути представляет собой простую емкость для кипячения жидкого кислорода, и для этой
операции кипячения желательно использовать именно такую простую емкость, а не проводить испарение в
тонких трубках теплообменника.
Что касается нисходящего потока сжатого воздуха, теплообменник дополнительно понижает температуру
газов, выходящих из теплообменника 410, до точки конденсации, и в теплообменнике происходит
значительная конденсация. В ректификационной колонне происходит и должно происходить только
непрерывное смешивание паров и жидкостей как в жидкостях, подвергающихся ректификации, так и в
жидкости, используемой для добавления и отвода тепла в колоннах. Там, где происходит такое смешивание, с
точки зрения термодинамической эффективности выгодно, чтобы пары и жидкости имели приблизительно
одинаковую температуру, поскольку в противном случае возникнут значительные термодинамические потери
из-за смешивания жидкостей с сильно различающимися температурами.
Теплообменник служит для подачи пара и жидкости в ректификационную колонну практически при той же
температуре, что и накапливающиеся в ней жидкости.
В обычных системах жидкий кислород необходимо многократно отводить в значительных количествах, чтобы
очистить систему от накопившихся углеводородов, образующихся из смазочных материалов. Благодаря
использованию теплообменника для испарения образующегося жидкого кислорода, эти углеводороды
постоянно отводятся из ректификатора вместе с жидким кислородом, в значительной степени испаряются в
теплообменнике и проходят через него, выводясь из системы. Необходимо лишь в относительно длительные
интервалы отводить небольшие количества жидкости из теплообменника для удаления любых накоплений
углеводородов, которые могут в нем образоваться. Таким образом, количество теряемого кислорода
существенно уменьшается, и количество потерь холода также сокращается.
Конечно, теплообменник выполняет функцию рекуперации холода в жидком кислороде, поскольку тепло,
необходимое для кипения кислорода, отводится от трубок, выходящих из теплообменника и проходящих
через него в нижнюю трубчатую секцию.
Теплообменник также обеспечивает место в системе для испарения жидкого кислорода при давлении немного
выше атмосферного, и, таким образом, вакуум не требуется для отвода образующегося кислорода. Кроме
того, для теплообмена внутри ректификатора газы, подлежащие разделению, должны быть сжаты до такого
давления, чтобы их температура сжижения была выше температуры кипения кислорода под давлением
ректификации; Следовательно, внутри теплообменника их температура достаточно выше температуры
испарения кислорода при атмосферном давлении или немного выше, поэтому разницы температур в 100
градусов достаточно для теплопередачи. Поскольку для снижения температуры сжатого газа от температуры
выхода из теплообменника до температуры сжижения необходимо отвести небольшое количество тепла,
большую часть времени тепло, отводимое в теплообменнике, необходимо для сжижения при практически
постоянной температуре. Испарение жидкого кислорода происходит при практически постоянной
температуре, так что кривые зависимости температуры от теплоты для каждой жидкости практически
параллельны и расположены довольно близко друг к другу.
Если бы теплообменник не был предусмотрен, но жидкий кислород испарялся в верхней части выпрямителя
для обеспечения части охлаждения, необходимого для ректификации, то потребовалась бы ректификация
под достаточно высоким давлением для получения желаемого теплообмена. В предлагаемом процессе
жидкость, используемая для обеспечения охлаждения в верхней части выпрямителя, очень богата азотом.
Испаряясь при приблизительно атмосферном давлении, ее температура испарения намного ниже, чем у
практически чистого кислорода, испаряющегося при том же давлении. Для обеспечения желаемого
теплообмена допустимое давление ректификации может контролироваться давлением ректификации:
повышенное давление ректификации дает менее чистый продукт, а более низкое давление ректификации
производит кислород с более высокой теплопроводностью.
Эта зависимость между чистотой продуктов и давлением ректификации сохраняется, когда колонна работает
с заданной производительностью. Изменение производительности также повлияет на чистоту продуктов,
даже если давление ректификации поддерживается постоянным. Таким образом, если производительность
уменьшается, то есть скорость ректификации уменьшается, должно произойти соответствующее уменьшение
холодопроизводительности, передаваемой в верхней части колонны жидкости, подвергающейся
ректификации. Если давление ректификации поддерживается постоянным, то при уменьшении
производительности холодопроизводительность, передаваемая единице жидкости, подвергающейся
ректификации, увеличится, поскольку будет наблюдаться та же разница температур между хладагентом и
жидкостью, подвергающейся ректификации, и, следовательно, то же количество тепла будет передаваться
через поверхности теплопередачи, но это тепло будет передаваться меньшему количеству жидкости,
подвергающейся ректификации. В результате ректификации 95 чистота производимого азота повысится, а
чистота производимого кислорода соответственно снизится.
Для поддержания постоянной чистоты продуктов ректификации при изменении производительности
необходимо соответствующее изменение давления ректификации. Это изменение давления ректификации
может быть достигнуто несколькими способами. Это может быть достигнуто с помощью автономного
предохранительного клапана с такими рабочими характеристиками, что регулируемое давление будет
изменяться желаемым образом в зависимости от скорости потока пара через клапан, при этом регулирующая
камера, как показано на рисунке, соединена непосредственно с верхней частью ректификатора. Желаемое
соотношение между давлением ректификации и скоростью работы также может быть достигнуто с помощью
автоматического предохранительного клапана, в котором поддерживается почти постоянное давление в точке
соединения регулирующей камеры клапана, но эта регулирующая камера соединена с некоторой точкой в
канале для возврата паров азота между верхней частью ректификатора и точкой, где установлен
предохранительный клапан.
Эта точка может находиться на трубе, соединяющей верхнюю часть выпрямителя с теплообменником, или на
участке 125.
Он может располагаться на трубопроводе между двумя секциями теплообменника, непрерывно работающими
в контуре, или на трубопроводе между секциями теплообменника, непрерывно работающими в контуре, и
секциями i 10 с показанной схемой, которая значительно ниже, чем это было бы возможно, если бы была
предпринята попытка рекуперировать охлаждение жидкого кислорода путем его испарения в верхней части
ректификационной колонны. С точки зрения термодинамической эффективности видно, что в
теплообменнике, с одной стороны, ни одна из жидкостей не должна менять состояние, тогда как, с другой
стороны, в ректификационной колонне должен происходить непрерывный переход от пара к жидкости и от
жидкости к пару. Наличие теплообменника между теплообменником и ректификационной колонной 1 j 5
обеспечивает поддержание этих условий, соответственно, как в теплообменнике, так и в ректификате, и,
следовательно, каждую из этих функций с максимальной эффективностью.
Установка теплообменника для описанных выше целей также упрощает работу системы в целом. При отводе
кислорода в жидком виде давление ректификации не зависит от скорости такого отвода; следовательно,
давление ректификации определяется исключительно скоростью отвода паров азота из верхней части
колонны. Скорость отвода паров азота регулируется автоматическим предохранительным клапаном,
установленным в выходном трубопроводе, возвращающемся из теплообменников. Камера управления этого
автоматического предохранительного клапана может быть соединена с верхней частью ректификатора, так
что работа этого клапана определяется исключительно давлением ректификации, не зависящим от давления
и температуры паров азота, возвращающихся через теплообменники.
11 При заданной производительности чистота производимого кислорода и азота будет зависеть от давления
ректификации. Снижение давления ректификации уменьшит разницу температур в верхней части
ректификатора и, следовательно, уменьшит теплопередачу от хладагента к жидкости, подвергающейся
ректификации. Это приведет к тому, что на выходе из верхней части ректификатора будет менее чистый пар
азота. С другой стороны, если давление ректификации увеличится, разница температур увеличится, и будет
происходить передача...
Увеличение охлаждения приведет к большей очистке паров азота. Следовательно, чистоту паров азота
можно регулировать, изменяя давление ректификации, и она будет поддерживаться постоянной, если
давление ректификации остается постоянным. Чистота кислородной жидкости, собирающейся в емкости в
нижней части колонны, будет изменяться в зависимости от чистоты паров азота, выходящих из верхней части
колонны, но в обратном порядке. Чистота oxy283,101 6 283,101 предоставлена в двух экземплярах для
обратного преобразования. Из-за увеличения падения давления при увеличении потока азота при работе на
более высокой производительности, давление ректификации, следовательно, будет увеличиваться по мере
увеличения производительности, создавая необходимую разницу температур для увеличения теплопередачи
для поддержания чистоты продукта.
Однако в любой из вышеупомянутых ситуаций будет видно, что рабочие условия системы автоматически
поддерживаются одним автоматическим предохранительным клапаном на выходном патрубке для
парообразного продукта ректификатора, если жидкий продукт ректификатора удаляется в жидком виде. В
существующих системах, где жидкий продукт ректификации испаряется внутри ректификатора и удаляется из
него в парообразном виде, давление ректификации зависит не только от регулирования потока
производимого азота, но и от регулирования потока производимого кислорода. Любое изменение любого из
этих параметров влияет на работу ректификатора в целом. Наличие теплообменника, позволяющего удалять
кислород в жидком виде и извлекать из него хладагент, делает возможным не только простое регулирование
рабочих условий, но и автоматическое управление непрерывным производством продуктов желаемой чистоты
независимо от изменений производительности. Требуется минимальное внимание оператора. Возвращаясь
теперь снова к секции тарелок, большие изменения в составе как жидкости, так и... Противоточные потоки
пара возникают между тарелками, особенно на определенных тарелках внутри секции, и достигается
достаточно высокая степень чистоты жидкости, выходящей из нижней части секции тарелок, и пара,
выходящего из верхней части секции тарелок. Объемный расход этих жидкостей практически не изменяется
по всей секции тарелок, так что жидкость в больших количествах поступает в трубки секции трубок ниже
входного отверстия M, а пар в больших количествах поступает в трубки верхней секции трубок. Нагрев и
охлаждение не предусмотрены.
Внутри лотковой секции, за исключением небольшого, почти пренебрежимо малого количества тепла,
проникающего через окружающую изоляцию, нежелательно передавать или отводить тепло внутри лотковой
секции, поскольку это сведет на нет цель этой части выпрямителя в достижении значительной части
желаемого разделения. Расстояние между лотками будет меньше при наличии теплообмена, чем без него.
Было упомянуто, что более грубая 5-ступенчатая сепарация осуществляется в секции тарелок, где
происходит разделение жидкостей.
Если жидкости имеют очень низкую степень чистоты, то от тарелки к тарелке происходит очень большое
изменение чистоты. Однако, когда жидкости достигают достаточно высокой степени чистоты, изменение
чистоты от одной тарелки к другой очень незначительно. Следовательно, на первых этапах ректификации
несколько тарелок обеспечивают очень хорошее разделение желаемых продуктов, в то время как на
заключительных этапах разделения потребуется много тарелок для достижения высокой чистоты продуктов.
Упомянутые выше трубчатые секции действуют как бесконечное число тарелок и, таким образом, желательны
для заключительных этапов очистки. Упомянутые ранее вихревые ленты состоят из тонкой медной ленты,
скрученной и введенной внутрь трубки, прижимающейся к стенкам, образуя два спиральных канала. Потоки
жидкости, текущие по окружности трубки, стремятся вытекать наружу и, таким образом, вступают в прямой
контакт с теплопередающей поверхностью.
Жидкости также распределяются по 90 поверхностям вихревых полос, большая поверхность подвергается
воздействию восходящего потока пара, и, таким образом, потоки жидкости и пара непрерывно находятся в
тесном контакте друг с другом по всей длине каждой трубки, и теплопроводность передается или отводится по
всей длине трубки.
Следует отметить, что входное отверстие в секцию лотков находится ниже середины. Таким образом, над
входным отверстием, где происходит небольшое изменение состава, располагается большее количество
лотков, что противоречит обычному методу конструирования выпрямителей. Я обнаружил, что существует
0,5% факторов, определяющих это.
Усовершенствованная схема, среди которых я могу упомянуть следующее: Хотя кислород является более
мелким компонентом входящей смеси, большие изменения происходят в составе более мелкого компонента
от тарелки к тарелке, чем в составе азота — более крупного компонента — от тарелки к тарелке. Также для
получения высокого выхода менее крупного компонента необходимо обеспечить высокую чистоту более
крупного компонента. За счет большего количества тарелок над входным отверстием, чем под ним, я получаю
высокий выход, а также высокую чистоту менее крупного компонента. Кроме того, в показанной схеме.
Под лотком расположены две секции трубок, а над ним — только одна.
Кроме того, участки трубок (ниже) испаряющиеся жидкости относительно менее эффективны, чем участки
трубок (выше), конденсирующие пары.
В ранее использовавшихся выпрямителях было принято предварять рефлюкс пара и жидкости
соответственно путем кипячения жидкости, собранной в нижней части колонны, и конденсации пара в верхней
части колонны или путем введения рефлюксной жидкости в верхнюю часть колонны. Не предпринималось
попыток перенести ректификацию жидкостей в те части выпрямителя, где тепло передается или отводится. В
показанном выпрямителе ректификация продолжается в те части колонны, где добавляется или отводится
тепло, так что практически вся длина колонны эффективна для разделения.
2
Чистота продукции зависит не только от фактической конструкции выпрямителя, подобной описанной здесь,
для достижения максимально возможной чистоты, но, как я обнаружил, при данной конструкции на чистоту
также влияет общее количество холода, передаваемого в верхнюю часть выпрямителя, и количество тепла,
передаваемого в нижнюю часть выпрямителя.
Теоретически существуют минимальные значения охлаждения и нагрева, необходимые для достижения
заданного уровня разделения при бесконечном количестве тарелок. Однако для фактического осуществления
этого разделения необходимо придать ему значения, превышающие эти теоретически минимальные, и чем
больше превышение минимума, тем ближе будет достигнута желаемая чистота.
Представленная колонна сконструирована и пропорционирована таким образом, чтобы, подвергая сжатый
воздух предварительной или частичной ректификации, обеспечить достаточное количество жидкого
хладагента для достижения теоретического минимума охлаждения за ?
Z O верхняя часть колонны, а также избыток охлаждения, и колонна обеспечивает средства для сжижения
разделенных частей, которые в конечном итоге будут ректифицированы и использованы для охлаждения в
отдельных отсеках.
Таким образом, обеспечивается не только избыток охлаждения в верхней части колонны, но и избыток
нагрева в нижней части колонны. Этот избыток охлаждения и нагрева обеспечивает значительный избыток
рефлюксной жидкости и пара соответственно, что приводит к достижению желаемой высокой чистоты
продуктов.
Однако следует отметить, что две жидкости, полученные путем сжижения сжатого воздуха при температуре
-55°C, имеют разный состав, то есть не соответствуют исходному составу атмосферы. Если бы это было так,
то произошла бы большая потеря кислорода в той части воздуха, которая используется для охлаждения при
температуре -60°C, то есть количество кислорода, полученного путем ректификации внутри колонны,
составляло бы лишь половину или меньше кислорода, содержащегося в сжатом воздухе. Конденсация
воздуха осуществляется таким образом, чтобы сохранить большую часть кислорода в жидкости, подлежащей
ректификации, а та часть жидкости, которая используется для охлаждения, содержала бы лишь небольшое
количество кислорода. Это приводит к гораздо большему выходу кислорода по сравнению с общим
количеством кислорода в сжатом воздухе при температуре -70°C. Этот результат достигается благодаря
показанной на иллюстрации конструкции двух нижних трубных секций.
Средняя трубчатая секция содержит достаточное количество трубок для надлежащего отвода жидкости,
стекающей с поддона. Примерно половина этой жидкости испаряется внутри трубок этой секции.
Уменьшенное количество жидкости, достигающее нижней трубчатой секции, может, следовательно,
надлежащим образом отводиться значительно меньшим количеством трубок. Однако желательно
конденсировать в этой нижней трубчатой секции приблизительно такое же количество пара, как и вокруг
трубок средней трубчатой секции. Для этого необходимо обеспечить почти такую же площадь
теплопередающей поверхности в нижней трубчатой секции, как и в средней трубчатой секции. Это
достигается за счет того, что нижняя трубчатая секция имеет большую площадь теплопередачи, чем средняя
трубчатая секция.
Получение богатой кислородом жидкости в нижней трубчатой секции осуществляется двумя способами.
Во-первых, слегка сжиженный сжатый воздух, поступающий в эту трубчатую секцию, пропускают через
накопившуюся в ней жидкость. Это способствует достижению фазового равновесия между паром и
жидкостью. Фазовое равновесие между жидкостью и паром в данных условиях означает, что жидкость имеет
гораздо более высокое содержание кислорода, чем пар. Во-вторых, образование богатой кислородом
жидкости стимулируется нисходящим потоком сконденсированного пара по трубкам в нижней трубчатой
секции по мере конденсации на них поднимающегося пара. Таким образом, поднимающийся пар становится
богаче азотом по мере того, как он течет вверх по этим трубкам, и чем длиннее трубки, тем больше тенденция
к получению азота более высокой чистоты. Для обеспечения тесного контакта пара с жидкостью пространство
вокруг трубок может быть заполнено кольцами или другим упаковочным материалом.
Обогащенный азотом пар, выходящий из верхней части нижней трубчатой секции и составляющий примерно
половину сжатого воздуха, поступает в среднюю трубчатую секцию 120 немного выше уровня жидкости,
который необходимо поддерживать в ней. Проходя вверх по трубкам, этот пар конденсируется, выделяя
тепло для ректификации жидкости внутри трубок, и жидкость 125 накапливается в этой трубчатой секции.
Здесь хладагент из внешнего цикла подается в основной цикл для компенсации теплопотерь и потерь тепла в
основном цикле 130 -4 1253,o 1,1 Из верхней части средней трубчатой секции пар подается в испаритель.
Этот пар имеет очень высокое содержание азота из-за расслоения, произошедшего внутри средней
L-образной секции, вследствие нисходящего потока жидкости на трубках, противоточного восходящему пару
вокруг них. Отводимый пар также содержит высокую долю некоторых редких газов атмосферы, таких как неон.
Эти пары поступают в нижнюю часть испарителя и проходят через трубки внутри него, сжижаясь за счет
испарения жидкого хладагента вокруг трубок. Сжиженная часть стекает вниз внутри трубок и обратно в
среднюю трубчатую секцию через трубку, предназначенную для этой цели. Из верхней части испарителя
отводится небольшая трубка, и небольшое количество пара непрерывно отводится через нее. Этот пар богат
такими редкими газами атмосферы, как неон, которые более летучи, чем азот, и их разделение может быть
осуществлено с помощью оборудования, не показанного на рисунке.
Жидкость из средней секции труб дросселируется до приблизительно атмосферного давления и подается
вокруг трубок в верхней секции трубок, где она испаряется, обеспечивая охлаждение для ректификации.
Поскольку эта жидкость очень богата азотом, ее большое количество может быть использовано для таких
целей охлаждения без чрезмерной потери кислорода. Это большое количество охлаждения, по сравнению с
количеством жидкости, дросселируемой из нижней секции трубок внутрь ректификатора, обеспечивает очень
большой обратный поток жидкости, способствующий разделению компонентов во время ректификации. Кроме
того, по сравнению с количеством жидкости, поступающей в ректификатор, очень большое количество пара
конденсируется в двух секциях трубок ниже входа в ректификатор, обеспечивая таким образом очень
большой обратный поток пара для ускорения процесса ректификации.
Наконец, поскольку ректифицируемая жидкость значительно богаче кислородом, чем атмосферный воздух,
можно одновременно обеспечить более высокую чистоту как кислорода, так и азота. Таким образом, можно
сказать, что данная конструкция ректификатора и используемый в нем процесс обеспечивают более высокий
выход любого из компонентов заданной чистоты за счет использования для ректификации жидкости, лучше
подходящей для полного разделения, а также за счет избыточного нагрева и охлаждения, способствующих
полному разделению.
Холодильная энергия, подаваемая внешним холодильным циклом для компенсации теплопотерь и потерь на
тепловом конце в основном цикле разделения, подается в испаритель в указанном месте, чтобы облегчить (3)
работу установки в целом. Во время работы установки количество необходимой этой
холодопроизводительности может изменяться из-за изменения комнатной температуры, которая влияет на
скорость теплопотерь в аппарат, из-за изменения потерь на тепловом конце основного цикла (из-за
увеличения разницы температур с ухудшением теплопередачи в теплообменниках разделения, из-за
накопления льда и снега на трубах, или из-за потери накопленной холодопроизводительности во время
переключения теплообменников, или из-за постепенного изменения холодопроизводительности, накопленной
в металле и изоляции аппарата, по мере того, как установка достигает стабильных рабочих условий после
запуска. Если условия работы внешнего цикла не были изменены, эти Изменения условий во внутреннем
цикле проявятся в изменениях количества жидкости, накопленной в системе. При нормальной работе системы
клапаны регулируются для поддержания уровня жидкости как можно более постоянным. При показанной
схеме уровень жидкости, который будет постепенно изменяться при определенных условиях, — это уровень
жидкого хладагента, накопленного в сжиживателе внешнего цикла. Как только это изменение будет замечено,
скорость расширительного двигателя может быть изменена путем изменения его нагрузки, или скорость
компрессора хладагента может быть изменена, чтобы привести указанный уровень жидкости в норму.
Поскольку изменение происходит только во внешнем цикле, условия передачи энергии внутри основного
цикла, особенно внутри выпрямителя, остаются постоянными, что приводит к постоянной работе и чистоте
продуктов. Существует еще одно преимущество применения... Холодильная установка в испарителе,
расположенная таким образом, что эта холодопроизводительность из внешнего цикла производит жидкий
хладагент, который дросселируется в верхнюю трубчатую секцию и, испаряясь, увеличивает
холодопроизводительность, передаваемую для ректификации. Эта холодопроизводительность из внешнего
цикла по количеству равна теплопотерям во все части основного цикла разделения и тепловым потерям из-за
разницы температур внутри теплообменника. За исключением теплопотерь в выпрямитель над входом, эти
потери создают соответствующий приток тепла в выпрямитель под входом, испаряя жидкость,
подвергающуюся ректификации, и, таким образом, увеличивая рефлюкс пара. Таким образом,
холодопроизводительность из внешнего цикла в основном подается в выпрямитель над входом для
компенсации потерь, производя тепло, добавляемое к жидкости в выпрямителе под входом. Этот метод
компенсации этих потерь увеличивает Рефлюксы 130 283,101 j 9 жидкости и пара соответственно, и, таким
образом, способствуют повышению чистоты продукта. На практике моего изобретения, как описано выше, я
могу легко получить 99% кислорода в жидком виде и 99% пара азота. Таким образом, можно увидеть, что,
если предположить, что аппарат работает как установка по производству кислорода, то достигается очень
значительное увеличение выхода продукта по сравнению с тем, что достигается в стандартных системах и
аппаратах. Это увеличение выхода, конечно же, приводит к снижению затрат.
Теперь, обращаясь к внешнему циклу, я предпочитаю использовать азот в качестве хладагента. Этот азот
предпочтительно сжимается примерно до 353 фунтов на квадратный дюйм (25 °C абсолютного давления) и
подается в теплообменник E, имеющий ту же общую конструкцию, что и описанный ранее. Этот азот выгодно
получают из сжимаемого воздуха, для чего я направляю пары азота, которые испаряются в верхней части
выпрямителя и проходят через теплообменники к компрессору (не показан) внешнего цикла.
Предусмотрены два коротких взаимозаменяемых блока s', s', и последовательно с каждым из них находится
секция-переключатель tl, непрерывно работающая в цепи, а последовательно с ней — ? Сжижитель Т2 также
непрерывно работает в контуре. Азот охлаждается примерно до 1300 градусов Цельсия в секциях SL и T1, и
приблизительно 82% поступает в расширительный двигатель IV, а остальная часть — в сжижитель Т2.
Жидкость, образующаяся в сжижителе, как уже говорилось, дросселируется в испаритель, где она испаряется.
Пар и выхлопные газы расширительного двигателя возвращаются вместе через сжижитель, а также
последовательно соединенные секции холодного и теплого теплообменников, в которых они нагреваются
почти до комнатной температуры перед повторным сжатием.
На графиках, представленных на чертежах, показаны температуры в различных важных частях всего
аппарата.
Соответствующие номера точек указаны как на кривой, так и на схематическом изображении на рис. 1.
При рассмотрении этой кривой видно, что в теплообменниках сепарации происходит значительный отвод
тепла с большим падением температуры. Линии, обозначающие нисходящий и обратный потоки,
расположены довольно близко друг к другу и практически параллельны.
В теплообменнике отводится значительное количество тепла при практически постоянной температуре, и это,
как правило, справедливо в отношении выпрямителя и испарителя. В этих частях аппарата линии,
обозначающие входящий и возвращающийся потоки, в целом параллельны и расположены относительно
близко друг к другу. Линии, обозначающие нисходящий и возвращающийся потоки сжижителя холодильного
цикла, расположены довольно близко друг к другу и приблизительно параллельны. Линии, обозначающие
входящий и возвращающийся потоки в теплообменнике холодильного цикла, практически параллельны и
расположены примерно так же близко друг к другу.
cgethier, как и соответствующие линии, указывающие на нисходящие и возвращающиеся потоки в
разделительном теплообменнике.
Падение температуры в точках дросселирования в основном цикле сравнительно незначительно, что
минимизирует потери.
Можно заметить, например, сравнив длину прямоугольной колонны с длиной перемычек, что они довольно
длинные. На самом деле, их длина значительно больше.
Длиннее, чем принято, — это большая длина подвеса теплообменника, что важно для снижения
лермодинамических потерь, как стало ясно из предыдущего описания общего процесса. Например, длина
теплообменника важна для сближения температурных кривых нисходящего и возвращающегося потоков. Я
предпочитаю использовать трубки теплообменника, соотношение длины к внутреннему диаметру которых
составляет приблизительно 2000 к 1, то есть, если предположить, что у нас есть одна трубка,
простирающаяся от точки входа сжатого воздуха до точки выхода того же воздуха из теплообменника, ее
длина будет примерно в 2000 раз больше ее внутреннего диаметра. Я предпочитаю использовать трубки
теплообменника с внутренним диаметром около 115 дюймов. Следует также отметить, что в трубке
ректификационной колонны может быть предусмотрен клапан или дроссель для регулирования, при
необходимости, относительного давления, возникающего внутри трубки. Раздел c 110 и раздел tuibe f могут
быть доступны.
Регулировка этого дросселя позволит регулировать относительное количество жидкостей, скапливающихся в
нижних частях указанных двух трубчатых секций. Значение 115 r указывается, например, следующим
образом: Если необходимо увеличить выход кислорода, этот клапан можно использовать для уменьшения
количества кислорода, теряемого в парах, поступающих из 2-го верхнего конца трубчатой секции c в
трубчатую секцию J.
Разумеется, следует понимать, что автоматический предохранительный клапан регулируется. 125 Хотя я
описал сжатие всего воздуха одним компрессором, при желании можно использовать более одного.
Как видно, описанный выше процесс разработан для минимизации потребляемой мощности (130 Вт) при
сжатии воздуха или других смешанных газов, подлежащих ректификации. Таким образом, более летучий
компонент, азот в случае воздуха, используется в качестве хладагента, испаряющегося вокруг трубок в
трубчатой секции в верхней части выпрямителя. Это испарение происходит при давлении, достаточном лишь
для преодоления давления, возникающего при возврате жидкости через теплообменник и соединения.
Давление жидкости, подвергающейся ректификации внутри трубок, должно быть выше, чем давление
хладагента, испаряющегося вокруг трубок, чтобы обеспечить теплопередачу от более летучего компонента
ректифицируемых газов к более летучему компоненту, используемому в качестве хладагента. Для этой цели
давление ректификации может быть низким, примерно 1,1 атмосферы абсолютного давления (10 атмосфер).
(манометрическое давление), хотя выпрямитель может быть сконструирован таким образом, чтобы требовать
до 4 атмосфер абсолютного давления (3 атмосферы манометрического давления).
Для обеспечения нагрева, необходимого для ректификации, воздух или другие смешанные газы, окружающие
трубки в нижних трубных секциях ректификатора, сжимаются до такого давления, что они сжижаются при
испарении жидкости, подвергающейся ректификации. В процессе сжижения сжатых газов, движущихся вверх
вокруг трубок, менее летучий компонент удаляется с относительно большей скоростью, чем более летучий
компонент, что приводит к снижению температуры сжижения от нижнего к верхнему концу этих трубных
секций. С другой стороны, жидкость, подвергающаяся ректификации, должна получать тепло при все более
высоких температурах по мере того, как жидкость течет вниз внутри трубок.
Следовательно, поскольку сжатые газы замедляются, поднимаясь вверх, и сжижаются, передавая тепло для
ректификации жидкости, подвергающейся ректификации, пока она течет вниз, температурно-тепловые
соотношения для двух жидкостей приближаются к параллельности. Это минимизирует разницу давлений,
необходимую для теплопередачи, вызывающей изменение состояния, и, таким образом, при заданном
давлении ректификации позволяет использовать минимально возможное сжатие разделяемых газов.
Последнее давление будет примерно в три раза больше давления ректификации, или от 4 до 12 атмосфер
абсолютного давления (от 3 до 11 атмосфер избыточного давления) для давления ректификации от 11 до 4
атмосфер абсолютного давления. В связи с вышеизложенным следует отметить, что использование
относительно небольшого количества тарелок ниже входного отверстия секции тарелки приводит к тому, что
ректифицируемая жидкость поступает в секции трубок в относительно загрязненном состоянии и,
следовательно, при температуре значительно ниже температуры менее летучего компонента,
накапливающегося в жидком состоянии. В нижней части выпрямителя, для получения желаемого
температурно-теплового соотношения. В целом, мое изобретение принципиально отличается от предыдущей
практики тем, что позволяет мне получать разделение, которое, с практической точки зрения, является
полным, тогда как ранее, используя в качестве примера разделение воздуха на его составляющие,
компоненты не разделялись полностью, в качестве продукта процесса получался только кислород или только
азот, а другие составляющие были слишком нечистыми для коммерческих целей. Я могу получить это полное
разделение смешанного газа благодаря тому, что я добавляю все необходимое тепло в нижней части
выпрямителя и отвожу все необходимое тепло в верхней части выпрямителя для осуществления этого
полного разделения.
Сложение и отвод всего тепла, необходимого для полного разделения 90, приводят к образованию
рефлюксов, необходимых для осуществления полного разделения.
Подробно описав и определив природу моего изобретения и способ его осуществления, я заявляю, что то, что
я...
=== НАЧАЛО ФАЙЛА: patent_283102.txt ===
ССЫЛКА: https://translationportal.epo.org/emtp/translate/?ACTION=description-retrieval&COUNTRY=GB&ENGINE=
google&FORMAT=docdb&KIND=A&LOCALE=sq_AL&NUMBER=283102&SRCLANG=EN&OPS=ops.epo.org/3.2&T
RGLANG=ru
========================================
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ GB283102A
[]
Технические характеристики ломбарда PAWN 91 T
Соседние файлы в папке патенты