logo search
КАСАТКИН

Сравнение основных циклов глубокого охлаждения

Выше были описаны циклы глубокого охлаждения, которые могут рассматриваться как основные. Путем различных сочетаний отдельных процессов, составляющих циклы, можно создать новые, комбинированные

гЛ

У*

/В

Рис. ХУП-21. Принципиаль­ная схема холодильного цик­ла с тепловым иасосом:

і «— цилиндр; 2 — поршень- вытеснитель (А — пространство над поршнем-вытеснителем; В — пространство под порш­нем-вытеснителем); 3 — регене­ратор; 4 — впускной клапан; 5 — компрессор; 6 выпускной клапан.

11. Сравнение основных циклов глубокого охлаждения

677

циклы, отличающиеся малой необратимостью, подобно каскадному циклу, но лишенные его недостатков (громоздкость, наличие нескольких холо- дильных агентов). Эти циклы, часто использующие более дешевый холод предварительного аммиачного охлаждения, по своей экономичности приближаются к каскадному циклу и превосходят циклы среднего и высо- кого давления с детандером. Схемы и характеристики этих циклов при- водятся в специальной литературе *.

Сравнение энергетических показателей циклов глубокого охлаждения можно осуществить лишь применительно к конкретному случаю сжижения того или иного газа. Установлено, что в настоящее время относительно наиболее экономичным циклом для получения жидких воздуха и кисло- рода является цикл высокого давления (цикл Гейландта). Поэтому для производства жидкого кислорода теперь используются преимущественно установки высокого давления (р = 19,62 н/м2, или 200 ат) с поршневым

детандером, в которых удельный рас- ход энергии составляет практически 1,2—1,4 кет •ч/кг жидкого кислорода.

В крупных установках выгодным является применение предваритель- ного аммиачного охлаждения, кото- рое позволяет существенно повысить экономичность циклов.

Установки низкого давления (цикл Капицы) менее экономичны по рас- ходу энергии, но не требуют, как уста- новки высокого давления, очистки воздуха от двуокиси углерода и поз- воляют получать жидкий кислород, не загрязненный маслом (как это бы- вает в случае применения поршневых компрессоров и детандеров). Вместе с тем с помощью регенераторов не удается получить достаточно чистые продукты разделения. Поэтому полу- чаемый кислород используется глав- ным образом для технических целей.

Для получения газообразных кис- лорода и азота в установках боль- шой производительности широко при- меняют, как наиболее экономичные,

цикл с двукратным дросселированием воздуха и аммиачным охлаждением, а также цикл среднего давления с детандером (цикл Клода), в которых расход энергии может быть приблизительно 0,7—0,8 квт ч/м3 кислорода. В установках производительностью не более 100 м"’/ч кислорода исполь­зуют, несмотря на относительно высокий расход энергии, цикл с одно­кратным дросселированием, отличающийся несложным оборудованием и простотой обслуживания.

Следует иметь в виду, что приведенные в литературе данные по расходу энергии для осуществления различных холодильных циклов являются относительными и могут сильно колебаться в зависимости от состояния холодильных машин, гидравлических сопротивлений, потерь холода и т. д.

На рис. XVI1-22 в виде графиков представлена сравнительная харак­теристика основных холодильных циклов при получении жидкого воз­духа. По графикам может быть определена холодопроизводительность и расход энергии на получение 1 кг жидкого воздуха. Во всех рассматривае­

25 50

100 125 150 175 200

Давление р, ат

Рис. XVI1-22. Сравнительная характери­стика основных холодильных циклов при получении жидкого воздуха

цикл с однократным дросселированием: /— С?в> / — Л/; цикл с однократным дросселирова­нием и аммиачным охлаждением; 2 — С?0, // — Л;: цикл с расширением газа в детан­дере; 3 — Со. ((( — Л'і цикл с расширением газа в детандере и аммиачным охлаждением;

4 — Яо, IV — N.

* Г е р ш С. Я. Глубокое охлаждение. Изд. 3-є. М.—Л., «Советская наука». Ч. 1, 1957. 392 с. Ч. 2, 1960. 495 с.

678

Гл. XVII. Искусственное охлаждение

мых циклах расширение воздуха в детандере происходит до достижения давления 59-104 н!м2 (6 ат); изотермический коэффициент полезного дей­ствия воздушного компрессора т)из = 0,59, коэффициент полезного дей­ствия детандера т)дет = 0,65.

Из рисунка видно, что наиболее экономичным по количеству получае­мого холода и энергетическим затратам является цикл с детандером и предварительным аммиачным охлаждением. Последнее повышает эконо­мичность как циклов с детандером, так и циклов с дросселированием. Из рис. XVП-22 следует также, что при одинаковых условиях экономичность циклов возрастает с повышением давления сжатия воздуха.

  1.