3.1.1. Получение газообразных продуктов.

Для получения газообразных продуктов обычно используются агрегаты крупной производительности, перерабатывающие до 350 000 м³/ч воздуха. В этих установках теплопритоки = 70-90 кДж/кмоль, а потери холода из-за недорекуперации составляют =150 -180 кДж/кмоль.

Суммарные потери холода » 220 - 270 кДж/кмоль могут быть покрыты холодопроизводительностью цикла низкого давления с детандером (цикл Капицы). Давление в цикле - 0.65 МПа, доля детандерного потока – 0.20-0.25 кмоль/кмоль, температура воздуха перед детандером – 120-130 К. Этот цикл отличается простотой и надежностью, т.к. базируется на турбомашинах - турбокомпрессоре и турбодетандере. По циклу низкого давления с детандером в настоящее время проектируются все ВРУ для получения газообразных продуктов, перерабатывающие более 7000-8000 м³/ч воздуха. Возникающий резерв холодопроизводительности в крупных ВРУ низкого давления с детандером может быть использован для получения до 5% продукта в жидком виде.

На установках средней производительности для получения газообразных продуктов, перерабатывающих от 500 до 7000 м³/ч воздуха, суммарные потери холода составляют » 300-400 кДж/кмоль и для их покрытия уже недостаточно удельной холодопроизводительности цикла низкого давления с детандером. В этом случае используется цикл среднего давления с детандером (цикл Клода). Давление в цикле - до 7.0 МПа, доля детандерного потока – 0.50-0.60 кмоль/кмоль, температура воздуха перед детандером – 140-210 К. С увеличением производительности этих установок удельные потери холода уменьшаются, что компенсируется уменьшением давления в цикле до 3.5-4.0 МПа. В ряде случаев имеющийся резерв холодопроизводительности этих ВРУ может быть использован для получения части продукта (до 5-7%) в жидком виде.

ВРУ малой производительности (В<200 м³/ч воздуха) отличаются значительными потерями холода из-за теплопритоков через изоляцию (> 300 кДж/кмоль). Для покрытия затрат холода этих ВРУ уже недостаточно холодопроизводительности цикла среднего давления с детандером. В этом случае обычно используется отличающийся максимальной простотой цикл высокого давления (10-22 МПа) с дросселированием (цикл Линде).

3.1.2. Получение продуктов разделения в жидком виде.

В установках для получения продуктов разделения воздуха в жидком виде значительная часть полезной холодопроизводительности расходуется на ожижение газа, поскольку с каждым кмоль жидкости выводится около 12000 кДж холода. В этих установках дополнительно к потерям холода + появляется весьма значительная величина _, которая и определяет холодопроизводительность цикла.

Поэтому количество полученных жидких продуктов определяется не материальным, а энергетическим балансом ВРУ, и обычно не превышает 0.20-0.22 кмоль/кмоль.

Исходя из этого, в ВРУ для получения продуктов разделения в жидком виде применяется цикл высокого давления с детандером (цикл Гейляндта). Давление в цикле - 20-22 МПа, доля детандерного потока – 0.60-0.70 кмоль/кмоль, температура воздуха перед детандером – 235-240 К. Холодопроизводительность этого цикла обычно увеличивается за счет использования посторонних источников холода, например, одной или нескольких холодильных установок.

В настоящее время спроектированы и изготовлены крупные жидкостные ВРУ на базе турбомашин среднего давления – турбокомпрессоров и турбодетандеров (установки типа К_жА_жАр_ж-6). Криогенный цикл этих установок включает два контура на базе турбокомпрессоров К-390-111-1 - воздуха среднего давления и азота среднего давления. Общее количество перерабатываемого воздуха в этих установках существенно меньше, чем в схемах 2-х давлений; при этом существенно уменьшаются размеры блока адсорбционной очистки.

Экономические показатели ВРУ зависят от давления потоков и числа ступеней охлаждения, количества турбодетандеров на различных уровнях и т.д. Как показывают расчеты, каждая последующая ступень охлаждения улучшает энергетические показатели на 5-7%, одновременно усложняя схему.

Вопрос выбора криогенного цикла должен решаться конкретно для каждой установки. Чем крупнее агрегат, тем больше суммарный расход энергии и сложнее схема установки.