Расчет установки для ожижения водорода, страница 3

Выбор схемы

  Производительность установки 120 л/ч нормального водорода. Температура окружающей среды 300 К. Установка работает с возможностью получения параводорода.

   Ожижение водорода осуществляем, используя три ступени охлаждения.

  Внешняя высокотемпературная ступень охлаждения – ступень, в которой в качестве хладоносителя используется жидкий азот. В азотной ванне азот кипит при атмосферном давлении.

  Для повышения эффективности установки включим в качестве средней ступени охлаждения детандерную ступень. Включение поршневого детандера в цикл обеспечивает высокоэффективный процесс изоэнтропного расширения и приводит к увеличению производительности установки и уменьшению удельных затрат энергии. Такой ожижитель в случае неполадок в детандере может быть преобразован в ожижитель, работающий по дроссельному циклу. Для этого должна быть смонтирована обводная линия у детандера, на которой устанавливается дроссельный вентиль. Водород, проходящий через детандер, расширяется до атмосферного давления и из теплообменника возвращается в обратный поток.

  В качестве низкотемпературной ступени охлаждения, осуществляющей отвод теплоты в области температур ожижения водорода, применяется дроссельная ступень.

  Для длительного хранения жидкого криопродукта необходимо производить устойчивый параводород, осуществляя ортопараконверсию непосредственно в ожижителе с применением катализаторов. Схему включения реактора в ожижитель водорода выбираем для средних ожижителей.

Характеристика циклов ожижения водорода

  Температура азотного охлаждения 65К, разность температур на теплом конце теплообменника на входе в ступень азотного охлаждения 1К, η_ад=0,8, η_из=0,65

  Из рассмотренных выше циклов видно, что выбор цикла с расширением части потока в детандере наиболее целесообразен, так как значения коэффициента ожижения и затраченной удельной работы по сравнению с другими циклами наиболее оптимальны.

  Цикл с детандером является более эффективным, но менее надежным. Более эффективные циклы приводят к усложнению схемы установки и к усложнению ее эксплуатации.

Принципиальная схема ожижительной установки

  Водород (1кг), подвергающийся ожижению, изотермически сжимается в компрессоре КМ до давления Р₂ (процесс 1-2), поступает в теплообменник ТА1, где охлаждается (процесс 2-3) обратным потоком азота. Далее поток идет в азотную ванну с жидким азотом атмосферного давления, где охлаждается (процесс 3-5) до температуры Т₅.  Далее поток делится на 2 части. Поток в количестве D₁ идет в поршневой детандер Д, где охлаждается (процесс 5-10^’) в процессе адиабатного расширения и присоединяется к обратному потоку, идущему из дроссельной ступени. Поток в количестве D₂ направляется в теплообменник ТА2, где охлаждается обратным потоком (процесс 5-6). Далее поток D₂ идет в теплообменник ТА3, где также охлаждается обратным потоком (процесс 6-7) и направляется в дроссельный вентиль ДВ, где дросселируется до давления Р₁ (процесс 7-8) и частично ожижается. Далее поток поступает в конвертор, находящийся в сборнике нормального водорода, и проходит процесс ортопараконверсии в реакторе Р с выделением теплоты, а затем в змеевике конденсируется, отдавая выделившуюся теплоту конверсии и охлаждается ниже температуры насыщения, после чего жидкий параводород выводится из ожижителя. Не ожиженная часть нормального водорода обратным потоком проходит все теплообменники, охлаждая прямой поток, и направляется в компрессор. В ванну подается жидкий азот в количестве G₀ , пары которого проходят теплообменник ТА1, нагреваются и выводятся из цикла.