Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь КАТЕГОРИИ: АрхеологияБиология Генетика География Информатика История Логика Маркетинг Математика Менеджмент Механика Педагогика Религия Социология Технологии Физика Философия Финансы Химия Экология ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
Теххнические процессы сжижения газов
Теоретические процессы сжижения газов (воздуха) Лекция 16 http://studopedia.ru/2_96005_tsikl-visokogo-davleniya-s-odnokratnim-drosselirovaniem.html Идеальный процесс конденсации газов, для которых Т о.с» Т кр, может быть проведен тремя методами. Нагляднее эти методы можно отобразить на T, s -диаграмме (см. рис. 2.3). Рис. 2.3. Теоретические процессы сжижения воздуха на T, s -диаграмме: а) 1-2-3 – охлаждением без предварительного сжатия; б) 1-6-8-3 – охлаждением с предварительным сжатием (, – докритическое и сверхкритическое давления); в) 1-11-3 – изотермным сжатием и адиабатным расширением; Т тт – температура тройной точки Пусть начальное состояние воздуха соответствует условиям окружающей среды. На диаграмме это параметры в точке 1 (Т 1 = Т о.с @ 288 К; Р 1 @ 0,1 МПа). Тогда, получение жидкого воздуха при том же давлении (в точке 3 Р 3= Р 1) возможно следующими способами: 1) охлаждением воздуха без предварительного сжатия. В этом способе при неизменном давлении (Р 1 = const) от воздуха отводится теплота (процесс 1-2). Температура снижается от Т о.с до начала фазового перехода в точке 2. Теплота охлаждения отводится в окружающую среду какой-либо вспомогательной холодильной или криогенной установкой. Если в области влажного пара и дальше отводить теплоту, то при неизменной температуре будет происходить конденсация воздуха – процесс 2-3. В конце этого процесса весь газ перейдет в жидкость с параметрами точки 3. Теплота конденсации q к= i 2– i 3. На весь переход от газа к жидкости количество теплоты, которое надо отвести от воздуха, будет q ож = i 1– i 3, а минимальная затраченная работа равна l ож = e 3– e 1 (разность эксергий). Если воздух охлаждать дальше, то в точке 4 появится твердая фаза – шуга, а в точке 5 воздух полностью перейдет в твердое состояние; 2) сочетанием охлаждения с предварительным изотермическим сжатием. В этом процессе часть теплоты у газа отводится в процессе изотермического сжатия (процесс 1-6). Затем теплота отводится в изобарном процессе охлаждения (процесс 6-7). Заметим, что если конечное давление изотермического сжатия меньше критического (Р6' < Р кр, точка 6’), то процесс сжижения будет аналогичен 1-му способу. Только конденсация будет протекать при температуре более высокой, чем при 1-м способе. И чем больше это давление, тем выше температура сжижения и меньше теплота конденсации q к.
При Р6”> P кр (конечная точка сжатия 6”) сжижение наступает уже при достижении критической температуры Т кр (в точке 7”) и в этом случае теплота конденсации q к = 0. При дальнейшем изобарном охлаждении в т. 9 появится шуга, а в т. 10 воздух перейдет в твердое состояние (линия 9-10 лежит на линии 4-5, т.е. при Т тт); 3) изотермическим сжатием с последующим адиабатным расширением до конечного давления Р о.с. Из диаграммы видно, что чем выше давление предварительного (изотермического) сжатия, тем большую долю теплоты сжижения q ож можно отвести при температуре окружающей среды Т о.с. Можно представить себе такой процесс, когда вся теплота q ож отводится при Т о.с. Для этого газ изотермически необходимо сжать до такого давления Р 11 (процесс 1-11), чтобы при адиабатном его расширении до Р о.с получить жидкость с параметрами точки 3 (процесс 11-3). Чтобы получить твердую фазу, газ необходимо сжимать до давления Р 12, с тем, чтобы при адиабатном расширении получить параметры точки 10 (точка 5). В этом способе вся работа сжижения l ож= e 3 - e 1 = e 11 - e 1 идет только на сжатие воздуха. Но чтобы реализовать этот метод, нужны сверхвысокие давления. Для воздуха, например, это давление превышает 45 ГН/м2 (45000 МПа), что реализовать нереально. Поэтому для воздуха такой метод неприменим. Этот способ сжижения применяется для тех газов, у которых Т кр близка Т о.с (например, СО2), т.е. в установках, работающих в области холодильной техники (а не криогеники). На практике используются 1-й и 2-й способы сжижения. В 1-м – нужны дополнительные холодильные устройства и поэтому это, как правило, малопроизводительные лабораторные или полупромышленные установки. Все промышленные установки по сжижению воздуха работают по 2-му способу, т.е. сжижение осуществляется охлаждением с предварительным сжатием. В качестве охладителя используется часть сжиженного газа, хотя могут использоваться и вспомогательные холодильные машины. Теоретически суммарная работа сжижения во всех трех случаях одинакова (при одинаковых начальных и конечных параметрах воздуха). Это теоретически минимальная работа l мин. Наиболее удобно ее определять как разность эксергий воздуха при конечных параметрах: l мин = e 3- e 1. Сравнивая эту работу с затратами энергии в реальных установках, можно оценить их эффективность.
Эксергии вычисляются по известным соотношениям [1], кДж/кг (2.7): где Т о.с, i о.с, s о.с – температура, энтальпия, энтропия воздуха, определяются по параметрам на входе в установку; i3, s3 – энтальпия и энтропия готового продукта определяется по параметрам сжиженного воздуха с помощью таблиц или диаграмм [3]. Рис. 3.1. Схема установки К. Линде и ее квазицикл в T, s -диаграмме: I – компрессор; II – холодильник; III – регенеративный теплообменник; IV – дроссель; V – отделитель жидкости; m – индекс высокого давления; n – индекс низкого давления Отличием L -системы от R -системы является отвод сжиженного газа. Система становится открытой и в ней вместо цикла осуществляется квазицикл. Потоки m и n (высокого и низкого давления) становятся неравными. Работа установки от момента пуска протекает следующим образом. Атмосферный воздух сжимается в компрессоре I от начального давления Pn до давления Pm = 10–22 МПа и охлаждается в холодильнике II до температуры Т 2 = Т 1= Т о.с. Затем он проходит теплообменник III (при пуске Т 2 = Т 3) и дросселируется (процесс 2-4¢). При этом температура воздуха снижается с Т 2 до Т 4'. Весь охлажденный воздух с давлением Pn подается в ТО III, где он охлаждает последующую (уже встречную) порцию сжатого воздуха до температуры (точка 3¢, где на величину температурного напора в теплообменнике). Далее уже этот воздух дросселируется и охлаждается до температуры . Он, в свою очередь, охлаждает следующую порцию сжатого воздуха до температуры и т.д. Через некоторое время устанавливается стационарность (равновесие) процесса. Воздух за ТО будет иметь температуру Т 3 и при дросселировании превращается во влажный пар с параметрами точки 4. В отделителе жидкости V насыщенный пар с параметрами точки 6 отделяется от капелек жидкости. Жидкий воздух с параметрами точки 5, в количестве y кг, выводится из установки как конечный продукт. Холодный воздух (насыщенный пар с параметрами точки 6) охлаждает в ТО встречный поток сжатого воздуха и с параметрами точки 7 покидает установку. Обычно он снова подается на вход в компрессор. Количество сжижевшегося воздуха может быть определено по диаграмме (правило рычага): Производительность установки по жидкому воздуху можно вычислить из энергетического баланса установки. Примем производительность компрессора за 1 (1 кг). Тогда в ТО аппарат входит 1 кг воздуха с энтальпией i 2 (после изотермического сжатия). Теплоприток извне (через теплоизоляцию) обозначим – q из. Тепловой баланс установки (для расчетного контура) в таком случае может быть представлен соотношением:
или
, кг. (3.3) Видно, что производительность установки тем выше, чем больше числитель выражения (3.3), т.е. чем больше разность энтальпий i 7 – i 2 и меньше теплоприток q из. Примечание: при y = 0 сжижительная установка превращается в криорефрижератор (R -система, с замкнутым циклом), где вся холодопроизводительность тратится на компенсацию теплопритока через изоляцию.
Разность величин i 1– i 7 = D i н называют недорекуперацией. Отсюда i 7 = i 1–D i н. Разность i 1– i 2 = D i т – называют изотермным дроссельэффектом (см. формулу (2.3)). Подставив эти величины в равенство (3.3) получим расчетное соотношение для производительности установки: , (3.4) где i 1– i 5 = q ож – теплота сжижения. Очевидно, что производительность установки тем выше, чем больше изотермный дроссельэффект, меньше недорекуперация и теплоприток извне. (Так как числитель меньше знаменателя, то вычитание D i н ведет к уменьшению дроби.) Эффективность работы сжижительной установки оценивается эксергетическим КПД, который представляет собой отношение минимальной работы сжижения l мин = y (e 5– e 1) = l сж× y к действительно затраченной работе в установке l дей: , (3.5) где hиз.к, hэ.м.к – изотермический и электромеханический КПД компрессора; – суммарные удельные потери энергии в процессе сжатия. Тогда КПД установки можно представить выражением . (3.6) В современных компрессорах (особенно в малых) потери S d к велики и составляют от 40 до 85 % подводимой мощности. Достаточно велики потери эксергии в дросселе криоблока (до 30 – 40 %). Потери от недорекуперации обычно невелики (до 11 %) и в ряде случаев при расчетах ими можно пренебречь. Суммарный КПД таких воздухосжижительных установок не превышает 15 %, и, как правило, составляет примерно 6–10 %. Для уменьшения потерь в дросселях их иногда заменяют дроссельно-эжекторной системой. Это позволяет повысить КПД примерно на 3 %.
|
|||||||
Последнее изменение этой страницы: 2016-12-30; просмотров: 126; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы! infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 3.138.114.38 (0.016 с.) |