Установка разделения воздуха высокого давления Советский патент 1985 года по МПК F25B9/02 F25J3/02 

Изобретение относится к криогенной технике, а именно к воздухоразделительным установкам, и может быть применено при создании установок малой производительности для получения жидких и газообразных продуктов разделения.

Известна установка разделения воздуха высокого давления, содержащая линию прямого потока; включающую компрессор, теплообменник предварительного охлаждения, холодильную машину, основной теплообменник, турбодетандер, дроссель и ректификационный аппарат, и линию обратного потока 1.

Недостатками известкой установки являются низкие эффективность и надежность вследствие применения турбодетандеров высокого давления с большой степенью расширения газа.

Цель изобретения - повышение надежности и уменьшение степени расширения воздуха в турбодетандере.

Цель достигается тем, что установка разделения воздуха высокого давления, содержащая линию прямого потока, включаюшую компрессор, теплообменник предварительного охлаждения, холодильную машину, основной теплообменник, турбодетандер, дроссель и ректификационный аппарат, и линию обратного потока, дополнительно содержит вихревую трубу, вход которой соединен с выходом холодильной машины, патрубок холодного потока - с входом в турбодетандер, а патрубок горячего потока с входом в основной теплообменник.

Вихревая труба снабжена охлаждающей рубащкой, включенной в линию обратного потока между основным теплообменником и теплообменником предварительного охлаждения.

На фиг. 1 представлена схема установки разделения воздуха высокого давления с адиабатной вихревой трубой высокого давления; на фиг. ,2 - установка с охлаждаемой вихревой трубой.

Установка содержит линию 1 прямого потока, компрессор 2, теплообменники 3 и 4 предварительного охлаждения, холодильную машину 5, блок 6 очистки, основной теплообменник 7, турбодетандер 8, дроссель 9, ректификационный аппарат 10, адиабатную вихревую трубу 11, линию 12 обратного потока и охлаждаемую вихревую трубу 13 с охлаждающей рубащкой 14.

Установка работает следующим образом.

Атмосферный воздух поступает в линию 1 прямого потока, сжимается в компрессоре 2 до высокого давления (18-20 МПа), очищается в блоке 6 очистки и охлаждается в теплообменниках 3 и 4 предварительного охлаждения воздухом обратного потока и в холодильной машине 5. Далее поток воздуха высокого давления расширяется до среднего давления в адиабатной вихревой трубе И, после чего холодная часть потока расщиряется в турбодетандере 8 со среднего давления до давления входа потока в ректификационный аппарат 10. Горячий поток после вихревой трубы 11 охлаждается в основном теплообменнике 7 воздухом, проходящим по линии 12 обратного потока, расширяется в дросселе 9 и смешивается с потоком после , турбодетандера 8 перед входом в ректификационный аппарат 10.

Работа установки по схеме, изображенной на фиг. 2, отличается тем, что только часть потока воздуха высокого давления расщиряется до среднего давления в охлаждаемой вихревой трубе 13 и подается в турбодетандер 8. Другая часть потока высокого давления охлаждается в основном теплообменнике 7, расширяется в дросселе 9 и смешивается с детандерным потоком. После смещения общий поток воздуха направляется в ректификационный аппарат 10. Вихревая труба 13 охлаждается в рубашке 14 частью потока воздуха, направляемого по линии 12 после основного теплообменника 7.

Так как в турбодетандере среднего дав ления доля газодинамических потерь энергии ниже, чем в турбодетандере высокого давления, то уменьшение срабатываемого теплоперепада газа в турбодетандере предлагаемой установки компенсируется увеличением его изоэнтропного КПД (плюс 0 небольшим расходом холодопроизводительности холодильной машины). Наличие вихревой трубы позволяет использовать другую часть холодопроизводительности холодильной машины для компенсации по5 терь холода на более низком температурном уровне.

Экономическая эффективность изобретения заключается в снижении удельных затрат энергии на производство 1 кг жидкого продукта и в повышении надежности 0 установки вследствие замены турбодетандера высокого давления турбодетандером среднего давления.

1. УСТАНОВКА РАЗДЕЛЕНИЯ ВОЗДУХА ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ, содержащая линию прямого потока, включающую компрессор, теплообменник предварительного охлаждения, холодильную машину, ос/2 новной теплообменник, турбодетандер, дроссель и ректификационный аппарат, и линию обратного потока, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности и уменьшения степени расширения воздуха в турбодетандере, ока дополнительно содержит вихревую трубу, вход которой соединен с выходом холодильной машины, патрубок холодного потока - с входом в турбодетандер, а патрубок горячего потока - с входом в основной теплообменник. 2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что вихревая труба снабжена охлаждающей рубашкой, включенной в линию обратного потока между основным теплообменником и теплообменником предварительного охлаждения. NU СО со 4; 1риг-Г