Реферат: Дросселирование газов

Содержание

1)Холодильные циклы безотдачи внешней работы (с дросселированием газа)

·

Цикл с простымдросселированием;

·

Цикл с двукратнымдросселированием;

·

Цикл спредварительным охлаждением;

2) Холодильные циклы срасширением сжатого газа в детандере

·

Цикл высокого давления (цикл Гейландта)

·

Цикл среднего давления

·

Цикл низкого давления

3)Список используемой литературы

Холодильные циклы без отдачи внешней работы

(сдросселированием газа)

Рассмотрим холодильный цикл с дросселированием газа (рис. 1). Газ сдавлением P1и абсолютной температурой Т1 изотермически сжимается в компрессоре I до давления P2 (линия 1 — 2), после чего, пройдя дроссельный вентиль II, газ расширяется до первоначальногодавления P1, а его температураснижается до Т3 (линия 2 – 3 при i2=const). Охлажденный газ нагревается в подогревателе III до первоначальной температуры Т1 (линия 3 – 1 при р1 =const), отнимая от охлаждаемой средыколичество тепла, равное холодопроизводительности <st1:metricconverter ProductID=«1 кг» w:st=«on»>1 кг</st1:metricconverter> газа:

q0=qдрос.=i1-i2

(Рис. 1)

Таким образом, холодопроизводительность при дросселировании равнаразности энтальпии газа (i1-i2) до и после изотермического сжатия вкомпрессоре.

Количество тепла, отводимого при изотермическом сжатии газа, равно: -q=T1∆S

где ∆S– изменение энтропии (длина отрезка 1 — 2).

Работа, затраченная в компрессоре на сжатие газа (при температуре Т1), согласно уравнению l+q=i2 – i1 составляет

lкомпр.=-q+( i1-i2)= T1∆S-qдрос.

или с учетом к. п. д. компрессора ŋк

lкомп.=T1∆S-qдрос

ŋк

Температура после дросселирования может быть снижена путем рекуперациихолода. Для этого сжатый газ до поступления в дроссельный вентиль пропускаютчерез теплообменник, где охлаждают расширенным газом перед его подачей вкомпрессор из подогревателя. Холодопроизводительность и затрата работы насжатие газа при рекуперации холода не изменяются.

Используя дросселирование воздуха в сочетании с рекуперацией холода, К. Линде разработал рассматриваемыениже циклы получения жидкого воздуха.

Цикл с простым дросселированием.

Сжатый в компрессоре I и охлажденный докомнатной температуры воздух поступает в теплообменник II вточке 2. Пройдя теплообменник, воздух дросселируется до атмосферного давления ивновь направляется в теплообменник, двигаясь противотоком по отношению кпоступающему сжатому воздуху. Дросселированный воздух охлаждает сжатый воздух,вследствие чего температура последнего перед дросселированием все болееснижается, пока не наступает частичное снижение воздуха в точке 4. После этогожидкий воздух выводится из системы и в теплообменник возвращается лишьнесжиженная часть воздуха.

На диаграмме T– S линия 1- 2 выражает изотермическое сжатие воздуха вкомпрессоре, линия 2 – 3 – охлаждение сжатого воздуха в теплообменнике (припостоянном давлении P2),линия 3 – 4 – дросселирование при (i=const). Точка 4 изображает состояние воздухапосле

дросселирования. Она лежит в областивлажного пара, причем доля сжиженного воздуха х равна отношению отрезка 4 – 5 котрезку 0 – 5, а точки 0 и 5 изображают состояние жидкого и несжиженноговоздуха. Линия 5 – 1 изображает нагревание несжиженной части воздуха (припостоянном давлении P1).

(Рис. 2)

Из уравнения q0=x(i1-i0)+qn иq0=qдрос.=i1-i2 холодопроизводительность цикласоставляет:

q0=x(i1-i0)+qп.= i1-i2

Разность i1-i2 возрастает с повышением давления сжатия P2 , поэтому длинный цикл требует применения значительного давления (около 200 ат) и связан сбольшим расходом энергии.

Цикл с двукратным дросселированием

Расход энергии на сжатие воздуха можно уменьшить, если дросселированиесжатого воздуха производить до некоторого промежуточного давления (20 – 50 ат),направляя несжиженную часть в компрессор II, где онаснова сжимается до высокого давления (200 ат). Полученный в сборникепромежуточного давления Vжидкийвоздух для удаления его из системы дросселируется до атмосферного давления ипоступает в сборник давления VII;при испаряется частьжидкого воздуха. Испаренный воздух т несжиженная часть воздуха после первогодросселирования проходят через теплообменник III, гденагреваются и охлаждают воздух, сжатый до высокого давления.

Взамен жидкого и испаренного воздуха, удаляемых из системы, вводитсятакое же количество свежего воздуха, который сжимается во вспомогательномкомпрессоре Iдопромежуточного давления.

На диаграмме T– Sлиния 2– 3 изображает сжатие в компрессоре от промежуточного до высокого давления,линия 3 – 4 – охлаждение в теплообменнике, линия 4 – 5 – первоедросселирование, линия 7 – 2 –нагревание в теплообменнике несжиженной части воздуха, линия 6 – 8 – второедросселирование и линия 9- 1 – нагревание в теплообменнике воздуха, испаренногопри втором дросселировании.

Пусть на <st1:metricconverter ProductID=«1 кг» w:st=«on»>1 кг</st1:metricconverter>поступающего в теплообменник воздуха высокого давления подается М кг свежего воздуха (обычно М=0,2 –0,5); тогда через первый дроссельный вентиль проходит <st1:metricconverter ProductID=«1 кг» w:st=«on»>1 кг</st1:metricconverter>, а через второй М кгвоздуха. В соответствии с этим холодопроизводительность цикла составляет:

q0=x(i1-i0)+qп=(i2-i3)+M(i1-i2)

Первый член этого выражения (i2-i3) представляетсобой холодопроизводительность, обусловленную дросселированием <st1:metricconverter ProductID=«1 кг» w:st=«on»>1 кг</st1:metricconverter> воздуха от высокого давлениядо среднего, а член M(i1-i2)– холодопроизводительность,обусловленную дросселированием М кгвоздуха от среднего давления до 1 ат.

(Рис. 3)

Цикл с предварительным охлаждением

Дальнейшим усовершенствованием холодильных циклов с дросселированиемявляется предварительное охлаждениесжатого воздуха холодом, полученным в аммиачной холодильной установке. Сжатыйвоздух (рис. 4) сначала охлаждается обратным потоком несжиженной части воздухав предварительном теплообменнике II, азатем поступает в аммиачный холодильник III, где охлаждается за счет испарения аммиака до температуры около-40° С. Далее воздух охлаждается в главном теплообменнике IV, после чего дросселируется. Несжиженнаячасть воздуха проходит через главный и предварительный теплообменник.Назначение предварительного теплообменника заключается в полном использованиихолода несжиженной части воздуха, которая в главном теплообменнике может бытьнагрета лишь до температуры охлаждения сжатого воздуха в аммиачномхолодильнике.

На диаграмме T– S2״соответствует охлаждению воздуха впредварительном теплообменнике, а точка 2׳– его охлаждению в аммиачном холодильнике.Точка 1׳,характеризующая состояние несжиженной части воздуха на выходе из главноготеплообменника, отвечает той же температуре, что и точка 2׳.

Холодопроизводительность цикла составляет:

q0=x(i׳1-i0)+qп.= i׳1– i׳2

т. е. равнаразности энтальпий несжиженного воздуха, уходящего из главного теплообменника,и сжатого воздуха, поступающего в этот теплообменник.

Количество тепла, отнимаемого в аммиачномхолодильнике, составляет:

qам.=(i׳1-i׳2) – (i1 — i2)+x(i1-i׳1)

т. е. равноразности холодопроизводительностей данного (i׳1-i׳2) , необходимое дляохлаждения сжимаемой части воздуха от температуры засасываемого воздуха дотемпературы охлаждения в аммиачном холодильнике при 1 ат.

(Рис. 4)

Цикл с двукратным дросселированием и предварительнымохлаждением.

Этот цикл являетсякомбинацией циклов с двукратным дросселированием и предварительным охлаждением.

Холодопроизводительность цикла:

q0=x(i׳1-i0)+qп=(i׳2-i׳3)+M(i׳1-i׳2)

Количество тепла, отводимого ваммиачном холодильнике, составляет:

qам=[(i׳2-i׳3)+ M(i׳1-i׳2)]-[(i2-i3)+M(i2-i1)]+x(i1-i׳1)

т. е. равноразности холодопроизводительностей данного цикла и цикла с двукратнымдросселированием без предварительного охлаждения плюс тепло x(i1-i׳1), необходимое дляохлаждения сжижаемой части воздуха от температуры засасываемого воздуха дотемпературы охлаждения в аммиачном холодильнике при 1 ат.

Здесь величины i1и i3 соответствуют точкам 2 и 3 на рис. 3, а i׳1,i׳2 иi׳3 – энтальпии воздуха при температурепосле аммиачного холодильника и соответственно низком, среднем и высокомдавлениях.

Холодильные циклы с расширением сжатого газа в детандере

Цикл высокого давления(цикл Гейландта)

Сжатый до давления ~200 ат воздух (рис. 5) разделяется на две части, изкоторых одна направляется в детандер II, а другая в теплообменник IIIи далее в дополнительный теплообменник IV.

Охлажденный в теплообменниках воздух дросселируется и часть егосжижается. Несжиженная часть проходит дополнительный теплообменник, после чегосмешивается с воздухом, расширившимся и охладившимся в детандере. Эта смесьохлаждает сжатый воздух в теплообменнике III.

Обозначенная через Mдолю воздуха, проходящего черездетандер (величину Мпринимают 0,5 – 0,6), согласно уравнению q0=(i1-i2)+(i2-i׳3)=qдрос.+lдет. имеем:

q0=x(i1-i0)+qп.=(i1-i2)+M(i2-i8)

Первый член (i1-i2)выражаетхолодопроизводительность,получаемую в результате дросселирования, а член M(i2-i8)–холодопроизводительность, соответствующую работе отданной, в детандере. Коэффициент полезного действиядетандера в условиях данного цикла составляет ~0,7.

(Рис. 5)

Цикл среднего давления .

Сжатый до давления 25 – 40 ат воздухпоступает в предварительный теплообменник II, где охлаждается до температуры около-80˚ С (точка 3). Затем часть воздуха поступает в детандер III, где, расширяясь до1 ат, охлаждается до температуры порядка -140˚ С. Другая часть воздуха охлаждается в главном теплообменнике IVи при этомконденсируется. Жидкий воздух для удаления его из системы дросселируется доатмосферного давления и поступает в сборник VI. Испаренная при этом часть воздуха вместе с воздухом,выходящим из детандера, проходит через главный и предварительный теплообменник.

Обозначая через M долю воздуха, походящего через детандер (Мпринимают ~0,8),находим холодопроизводительность цикла:

q0=x(i1-i0)+qп.=(i1-i2)+M(i3-i8)

Недостатком данного цикла является работадетандера при низких температурах, что приводит к снижению его к. п. д. до 0,6– 0,65.

(Рис. 6)

Цикл низкого давления.

Недостатком цикла среднего давления,заключающийся в низком к. п. д. детандера при работе его в условиях низкихтемператур, может быть устранен применением турбодетандера. П. Л. Капицаразработал конструкцию турбодетандера, обладающего высоким к. п. д. при низкихтемпературах, что позволило снизить давление сжатого воздуха и осуществить циклнизкого давления (Рабс.=5,5 –6 ат). Это в свою очередь сделало возможным применение длясжатого воздуха турбокомпрессоров и использования регенераторов в качестветеплообменников. Принципиальная схема цикла низкого давления такая же, как исхема цикла среднего давления.

Список литературы.

Процессы и аппаратыхимической технологии (А. Н. Плановский, В. М. Рамм, С. З. Каган)

ТольяттинскийСоциально Экономический Колледж

Реферат

натему: «Дросселирование газов»

По предмету:Термодинамика

Выполнил: СамаринВ. Р.

Студент гр. МХ – 21

Тольятти <st1:metricconverter ProductID=«2006 г» w:st=«on»>2006 г</st1:metricconverter>.