5.2.2. Ожижитель Линде

Схема ожижителя с дроссельной СОО, предложенного К. Линде, приведена на рис. 5.1. Квазицикл ожижителя на Т, s-диаграмме изображен на рис. 5.2.

Воздух при температуре, близкой к температуре окружающей среды Тос, и низком давлении рп = 0,1 МПа поступает в компрессор I, где его давление повышается до рm > рп и охлаждается в охладителе II до первоначальной температуры. При этом в окружающую среду отводится теплота Qос. Далее осуществляется регенерация теплоты в теплообменнике III и воздух подается к дроссельному вентилю IV. Ожиженный воздух из отделителя жидкости V отводится на ректификацию. Оставшийся воздух в состоянии сухого насыщенного пара с температурой Т6 проходит обратным потоком через регенеративный теплообменник, где нагревается до температуры Т7 и выводится в окружающую среду.

В первый момент пуска сжатый воздух дросселируется в вентиле до давления рп и его температура снижается до Т4'. Охлажденный воздух через отделитель жидкости, из которого жидкость еще не выводится (она еще не образовалась), поступает в регенеративный теплообменник, в котором нагревается, охлаждая следующую порцию воздуха до температуры Т3', близкой к Т4'. Воздух с этой температурой так же используют для охлаждения сжатого воздуха перед дросселем до Т3'', тогда после дросселирования достигается еще более низкая температура Т4''' и т. д. Через некоторое время воздух охладится настолько, что дросселирование будет заканчиваться в области влажного пара при Т4, после чего начинается вывод жидкого воздуха.

Рис. 5.1 Рис.5.2

Как видно из рис. 5.1, прямой m и обратный п потоки становятся неравными. Если подачу компрессора принять за единицу, а долю выводимой жидкости – у, то прямой поток Gm = 1, а обратный Gn = 1 – у.

Чтобы определить результаты этого неравенства потоков, составим энергетический баланс системы Линде:

h2 + qиз = yh5 + (1 – y)h7, (5.1)

где qиз – удельная теплота, подводимая из окружающей среды через изоляцию; h2, h5, h7 – энтальпия

Из уравнения энергетического баланса получаем

у = ( h7 – h2 – qиз ) / ( h7 – h5 ). (5.2)

Для удобства анализа преобразуем выражение для у к следующему виду:

у = ( Δhт – Δhп – qиз) / ( qож – Δhп ), (5.3)

где Δhт = h1 – h2 - изотермический дроссель-эффект, определяемый количеством теплоты, которое надо отвести от рабочего тела, чтобы температура в конце процесса оставалась равной начальной; Δhп = h1 – h7 - недорекуперация теплоты в регенеративном теплообменнике по сравнению с идеальным теплообменником; qож = h1 – h5 - удельная теплота ожижения.

Нетрудно видеть, что при у = 0, когда жидкость из системы не выводится, установка превращается в рефрижератор, вся холодопроизводительность которого тратится на компенсацию теплопритоков через изоляцию.

Кроме того, количество получаемого ожиженного воздуха у на единицу газа, поступающего в СПТ, тем больше, чем больше изотермический дроссель-эффект Δhт при температуре сжатого воздуха на входе в регенеративный теплообменник СПО.