Промышленность \ Процессы и аппараты химической технологии

Искусственное охлаждение. Структурные схемы холодильных машин. Глубокое охлаждение, страница 7

Известно, что использование расширительных машин-детандеров в холодильных установках позволяет получить более низкие температуры расширяемого газа, чем при дросселировании, и при этом часть его энергии превратить в работу. Однако, значительное снижение упругости реальных газов при низких температурах делает технически и экономически нецелесообразным расширение газов в детандере до параметров, соответствующих состоянию сжижения. Рациональное объединение двух способов расширения в схеме одной холодильной машины позволяет обеспечить ее технико-экономические характеристики на достаточно высоком уровне.

Комбинированный цикл с расширением в детандере и последующим дросселированием. В машине, работающей по этому циклу (рис. 44.9), исходный газ с параметрами р₁, Т₁, i₁ (т. 1) сжимается в компрессоре I и одновременно охлаждается в холодильнике II до исходной температуры Т₁ (отрезок 1–2 на диаграмме).

Сжатый газ с параметрами р₂, Т₁, i₂ (т. 2) направляется в противоточный регенеративный теплообменник предварительного охлаждения III, где охлаждается «обратным» газом до температуры Т₃ (отрезок 2–3). Затем часть m газа высокого давления направляется в промежуточный теплообменник IV, охлаждается в нем «обратным» газом до температуры Т_3' (отрезок 3–3') и далее поступает в основной теплообменник VI, охлаждается в нем до температуры Т₄ (отрезок 3'–4) и, проходя через дроссель VII, расширяется до давления р₁ и охлаждается до температуры Т₀ (отрезок 4–6). Сжиженная часть газа отводится в сборник VIII, а остальная часть в качестве «обратного» газа направляется в регенеративный теплообменник VI, где нагревается до температуры Т_3' (отрезок 7–5').

Рисунок 44.9 – Соединенные дроссельный и детандерный регенеративный циклы:
а – принципиальная схема установки;
(I – компрессор; II – холодильник компрессора; III, IV, VI –регенеративные теплообменники;
V – детандер; VII – дроссель; VIII – сборник жидкого продукта);
б – изображение цикла на диаграмме Т–S (1…7 – характерные точки цикла)

Часть газа высокого давления (1 – m) после теплообменника III направляется в детандер V, расположенный на одном валу с компрессором, и компенсирует часть затрачиваемой внешней работы. Расширенный и охлажденный газ (отрезок 3–5) смешивается с той частью газа низкого давления, которая прошла через дроссель VII и, проходя через теплообменники IV и III, нагревается до температуры Т₁ (отрезок 5'–1).

Удельная холодопроизводительность этого цикла:

, (44.12)