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.