Н.С. Зефиров - Химическая энциклопедия, том 5 (1110092), страница 195
Текст из файла (страница 195)
300 Вт, на уровне 200 К вЂ” всего 0,5 Вт. Реальные затраты энергии значительно выше, особенно в области низких т-р, В случае протекания всех процессов в области влажного пара при равновесии жидкость — пар (рис. 4; здесь и долее под кривой К»М) изотермы Т„Т„и юобары ра ра совпадают. Схема холодильной установки упрощается: она включжт тольго компрессор и детандер для изоэнтропийного сжатия (процесс 4-1) и расширения (процесс 2-3), а также теплообменник (конденсатор) ТК и теплообменник (испаритель) ТИ, обеспечивающие обратимые процессы передачи теплоты, Рпа.
4. Изаоаопя паап гарпапгапяэаааоэп а абпасго ааапаага пара. 596 То lя Т„с а ь Тнш то Рнс. 7. Схема абсорбннонсшй машннм. 598 Глас. 5. Инеал~наш цикл енннсши гшо». Приведенные выше ф-лы для данного случая также справедливы. По такой принципиальной схеме работает большинство усгановок умеренного холода. Идеальный цикл сжижения газов (рис. 5).
Рабочее тело изотермически сжимается в компрессоре К от давления р, до давления рз, расширяется в детандере Д до состояния чистой жидкости [точка 3(Т)] н направляется в теплообменник ТО. В нем жидкий хлндагент в результате кипения (процесс 3-4) превращается в пар (точха 4), х-рый затем нагревается до начальной т-ры Т, (точка 1). Одновременно сжижаемое в-во подвергается обратным изменениям, охлаждается (процесс 1'-4') от То до т-ры Т при к-рой конденсируется (процесс 4' — 3') до получения чистой жидкости [точка 3'(7)]. Посхольку все процессы данного цикла обратимы, работа его равна: !ц = (То(51 — бз) — (15 — у)1 = Та(5, -57) — (15 — (Г).
Общее кол-во теплоты, отведенной от сжимаемого газа в изобарном процессе 1-4-3 (г), составляет: 9„ш 9, + 9„ = г, — ~, а холодильный коэф. е =(й — 9)7(То(б,-бз)1 — (8-1)), где 1- - энтнльпия чистой жидкости. Покюатели этого цикла используются кж базовые в установках сжнжения газов. Реальиьбе хеледнльные циклы и установки Холодильные циклы и установки, применяемые на пржтике, значительно отличаются от ндеаньных. Эго обусловлено прежде всего тепловыми и гидравлич. потерямн, а тжже несовершенством происходящих в установках процессов (недорекуперация теплоты, утечка и перетечка хлэдагента и др.); в ряде случаев — несовершенспюм собственно холодильных циклов, Достигаемые в установках т-ра, холодопроизводительносгь и затраты мех, работы существенно зависят ог вида и св-в хладагентов. Последние должны обладать способностью поглощнзь при испарении большое кол-во теплоты, иметь малые уд.
обьемы пара, невысокие хрнтич. т-ры, вязкости и плотности„высокие коэф. теплоотдачи и теплопередачи, раста, в воде, быть безвредными, пожаробезопасными, доступными и недоропрми. Полностью удовлетворить все зти требования не может ни один из применяемых в настоящее время хладагентов. Поэтому при их выборе учитывают назначение холодильных установок, условия их работы и конструктивные особенности. Установки для получения умереинеге холода, наз. также холодильными машинами, подразделяются на воздушные и паровые, а последние — на компрессионные, абсорбционные, адсорбционные и пароэжекгорные, Наиб, распространены парокомпрессионные, абсорбционные и пароэжекторные машины. Парохомпрессионнне машины (рис. 6) вырабатывают холод, используя кипение жидкостей при низких т-рах с послед.
сжатием образовавшихся паров и их хонден- 597 ХОЛОДИЛЬНЫЕ 303 Рнс. б. Схема нарокомнрессноаной машкам н се хололнльнмй онхк сацией. Пары хлалагента сжимаются в компрессоре К до давления конденсации р„и сжижэются в конденсаторе ТК, отдавая теплоту коцденсации охлаждающей воде нли в окружающий воздух. Жидкий хладагент с помощью устройства Др дросселируется до давления хипения р, при этом его т-ра снижается до т-ры хипения Т „, За счет отвода в испарнтеле теплоты от охлаждаемого обьекта жидкость кипит, а образующиеся пары заснсынаются компрессором и сжимаются, На практике из-за опасности разрушения компрессора при сжатии парожндкостной смеси (процесс 1-2) жидкость полносгью испаряют (процесс 1 — 1') и сжимают только парообразный хлалагент (процесс 1' — 2'), к-рый в результате оказывается несколько перегрет (точка 2').
В коцденсато]ле теплоту пере- грена отводят охлюхдюощей водой (процесс 2 — 2); кроме того, для снижения расхода энерши на единицу отнятой ог охлнждаемого тела теплоты конденсат немного переохлаждюст (п цесс 3 — 3 '). )[ автения р и р, однозначно связаны с Т и т-рой конденсации 7б„х св-вами хладнгента, а Т ойРеденйетсв т-рой окружаннцеи среды; поэтому наинизшж т-ра в машине зависит от отношения р,„,,/р,, т. е.
только от возможностей компрессора. Если это отношение велик, сжатие производится в многосгупенчатом компрессоре. В рассматриваемых машинах досгигают охлаждения до Т„ш 165 К, д, от 30-80 до 5кВт, б.„ш0,5 — 7, 71,=0,3 — 0,5, В абсорбционных машинах (рис. 7) пары хлад- мента поглоцянотси жидким абсорбентом, из х-рого они затем десорбируются и сжимаются. В качестве хлэдагента обычно пРименают ]с(Нз, а в качестве абсоРбента — водУ.
ПаРы ]ЧНз сзкижаются в хонденсаторе ТК, теплота хонденсации с)„ отводится охлаждюощей водой или воздухом. В испарнтель ТН дросселируется жидкий ]а]Нз, при этом его т-ра снижается до Т„. За счет огвода теплоты с), от охлаждэемой среды ]л]Н7 Т Тр ТО ТТ Сб Х, т =~т, т,". 304 ХОЛОДИЛЬНЫЕ хипит, а его пары поступает в абсорбер Аб, где поглощаются разб. р-ром аммиачнои воды, непрерывно подавжмой через вентиль Вн; теплота абсорбции 9,4 отводится Н,О. Обогаценный р-р аммиачной воды подаетсм насосом Н в подогреватель (кипятильнж) Пц, где пары Р(Нз отгоняются.
Коэф. ци= = 9„/(йа О 9 ), где 9, — теплота, подводимам в хшатильнже, % — тейлота, жвивалентная мех. Работе насоса. Теоретически при одинаковых т-рах кипения и конденсации хлацагента ддя абсорбц. и паровых компрессионных машин холодильные корф. равны, однако при низких т-рах Т компрессионные машины более эффективны. Достоинство аоосорбц. малин — возможность использования в них низкопотенцнвльных нсгочнжов теплоты; недостнпги — громоздкость и большой расход воды. В машинах этого типа т-ра охлаждения достигает 208 К, % = 290 — 7300 кВт, в,р = 0,5 — 0,8.
Пароэжекторные машины (рис. 8) работают с затратой теплоты; сжатие хлвдагента осущесташется паровым эжектором, а конденсация — перемешиванием с водой. Рабочий водяной пар под давлением 0,8-1,0 МПа подводится из парогенератора к соплу эжектора Эж, где расширяется, создавая разряжение в испарнтеле ТИ, смешивается с отсасываемым из него паром и поступает в диффузор под давлением конденсации. В конденсаторе ТК водяной пар сжижается, конденсат частично подзона в испарнтель для восполнения потерь, а его осн.
масса возвращается в парогенератор. При испарении в ТИ вода охлаждаетсм, по замкнутому контуру поступает к холодильной камере ХК, подогревается и возвращается в испаригель. Для этих машин Т, достигает 283 К. Ксеф. а =%/9« (9 — теплота, затрачиваемая на получение пара высокого давления), значительно ниже, чем дпя парокомпрессионных, а в нек-рых случаях и абсорбц. машин.
Рнс. З. Ско»а нароенекеорной манеево. Установки для получения холода на крногенном уровне (КУ). Зги установки, наз. таске просто криогенными, по назначению бывают рефрижераторные (вырабатывают низкотемпературный холод), ожшкнтельные, газораздепитепьные и комбинированные. По способу получения холода различают след. циклы КУ: с дроссслированием (1»е соляр), расширением в детанцере (Я=спорь), дросселированием и расширением в детандере, криогенных газовых машин, с выхлопом газа из постоянного обьема н др. В циклах КУ особенно важен способ отвода теплоты от охлаждаемого тела, к-рос при охлаждении «приобретаетэ все т-ры от Тр до Т„.
Идеальным для данного сл)чав является процесс 4' — 3' (рис. 2) или процесс 1 ' — 4' (рис. 5), т. е. непрерывный отвод теплоты на кахщом температурном уровне в интервале Тр — Т„. В реальных циклах осуществить такой отвод теплоты невозможно. Нек-рого приближения х этому способу можно достигнугь применением ряда ступеней охлахщения на песк. промежуточных уровнях. Для охлахщення при Т, = 150 — 250 К обычно достаточно использовать цикл с ейной ступенью, для сжижения вщцуха, Оз ипи 1ез (Т„= 70 — 90 К) — с двумя ступенями, водорода (Т„= 20 К)— с двумя-тремя ступенями, гелия (Т„= 4 — 5 К) — не менее чем с тремя ступенями. Температурные уровни Т„(т = 1, 2, Зо..) каждой из л ступеней охлакденж в интервале Тр — Т„можно оценить по ф-ле: Применение того или иного цихла, а также аппаратурное оформление КУ зависят от большого числа факторов (главный из них — необходимы холодопроизводнтельность, стоимость единицы холода и надежность работы установок).
Поэтому в общем сл)чае расчет и оптимизация криогенных установок представляют собой сложную задачу. Установки с дроссельн ыми циклами отличаются исключит. простотой и нагежносчью в работе, вследствие чего широко распространены в произ-ве холода и сжиженных газов. Однако из-за низкой экономичности эти установки пригодны лишь дпа получения холода в небольших кол-вах. В установке с однократным, ипи простым, дросселированием (цикл Линде — Хемпсона; рис.
9) газ изотермически сжимается в компрессоре К (процесс 1 — 2), нзобарно охлюкдается в теплообменннке ТО до т-ры Тз, расширяется (при 4 = сопнг) в дРоссельном вентиле ДР от давленим сжатии Рз до давления всасывания Тч (процссс 3-4); при этом газ чжтично конденсируется. Жидкость в кол-ве Х (доля сжиженного газа по отношению к кол-ву дросселируемого; кол-во последнего принимают за единицу, на рис. обозначают (1)) в состоянии Т вывсцится из сборнжа Сб, а пар в кол-ве (1 — Х) возвращается через ТО в компрессор. В точке 1 к нему добвв/жется шз в кол-ве Х, и цикл повторяется. Холодопроизводнтельносчь 9» Т ( з $4) 4< аз аз»4 Х(е> е/) ДолЯ выво димого сжиженного газа Х/= (», — 1»)/(1, — 1/); в„= = (1, — Щl[АТр!п(рз/р,)), цге /à — гнз.
постомниам. Рнс. 9. Схема крно»сеной зееаоан с однократном дроссеанроееннем. В идеальном дроссельном воздушном цикле очень малы доля получаемой жидкости (-5,5%) и холодильный коэф. (-7%); коэф. ц»о 5%. В реальном цикле из-за тепловых потерь в окружающую среду, недорекуперации теплоты в ТО, а также неизотермичности сжатия значения Р„,„и г(, м.б.
существенно ниже (в 2 — 3 раза и более). Кроме низкой эффективности, простой дроссельный цнхл оказываетсм пРинципиально непРигоДным пРи 4, < 1з. Известны методы повышению эффективности тжого цикла. Главный из них — предварит. охлаждение сжатого газа от внеш. источника Так, в вощушном /дроссельном цикле с промежуточным охлаждением до 228 К (Тр —— 300 К) доля получаемой жидкости увеличивается до - 16,5%, а е), — до 159с.
Параметры криогенного цикла можно значительно улучшить применением двойного дросселирования и циркуляции части потока (рис. 101 )3, и 09 — потоки циркуляционный и напрааасмый на сх акение). В первом приблшкении холодопроизводительность такого цикла пропорциональна разности конечного (/»,) и начального (/»,) давлений хлацагента: 9„- ф, — р,), а мех. Работа 1„- 1п(р,/1»„). Поэтому холодиль- 600 т то х) то, то, те т, то, т„ (тс ) то то, то, то, Рн«. 11.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
