Многоступенчатая холодильная установка Советский патент 1990 года по МПК F25B7/00 

3

Изобретение относится к криогенной 2 технике, а именно к многоступенчатым установкам для предварительного охлаждения потоков сжатого газа.

Цель изобретения - увеличение хо- лодопроизводительности и снижение тем-2 пературы охлаждения.

л

На чертеже представлена схема мно- , гоступенчатой холодильной установки.

Схема содержит компрессор 1 секции 2 и 3 конденсатора, сепараторы 4-7, регеративные теплообменники (РТО) 3-13, дополнительный теплообменник 14, дросселирующие устройства 15-20, змеевик 21, дроссель 22, ректификационную колонку 23, ресивер 24, теплооб- менный агрегат 25. Установка может использовать азеотропные и неазеотроп- ные смеси.

Компрессор 1 всасывает пары аген- та из теплообменного агрегата 25, сжимает и направляет в первую секцию 2 конденсатора, в которой происходит частичная конденсация преимущественно высококипящей фракции. Затем поток направляется в сепаратор 4, в котором происходит разделение потока на жидкую фракцию, преимущественно состоящую из высококипящего агента, и паровую, обогащенную низкокипящим аген- том. Жидкость из сепаратора 4 переохлаждается во внутритрубном пространстве, РТО 8, дросселируется в устройстве 20 и в виде парожидкостной смеси поступает в межтрубное пространство РТО 9, где, вскипая, конденсирует пары агента прямого потока и охлаждает поток газа высокого давления, направляемого в блок разделения или

5

0

5

Q

о охлаждения. Пар из сепаратора 4 направляется во вторую секцию 3 конденсатора, конденсируется и поступает в сепаратор 5 последующей ступени охлаждения. Из последнего жидкость направляется во внутритрубное пространство РТО 10, переохлаждается и после расширения в дросселирующем устройстве 15 поступает в межтрубное пространство РТО 11.

Из сепаратора 5 пар поступает во внутреннее пространство РТО 9, конденсируется, а затем поступает в сепаратор 6. В последнем поток разделяется. Жидкость направляется во внутритрубное пространство РТО 11, переохлаждается, а затем расширяется в дросселирующем устройстве 16 и поступает в межтрубное пространство РТО 12.Пар из сепаратора 6 поступает во внутри- трубное пространство РТО 10, конденсируется, а затем собирается в сепараторе 7. Из последнего жидкость переохлаждается во внутритрубном пространстве РТО 12 и после дросселирования в устройстве 17 поступает в межтрубное пространство 13.

Пар из сепаратора 7 конденсируется во внутритрубном пространстве РТО 11 и направляется в змеевик 21, расположенный в кубовой части ректификационной колонки 23, а затем после дросселирования в устройстве 19 на уровне, не превышающем 80% высоты, поступает во внутреннюю полость колонки 23, где происходит разделение смеси на заданные составы. Жидкая фракция, Содержащая высококипящий компонент из кубовой части, представляющей собой сборник высококипящей

смеси, поступает во внутритрубное пространство РТО 13, переохлаждается и после дросселирования в устройстве 18 попадает в межтрубное пространство РТО. Пар, преимущественно состоящий из низкокипящего агента или смеси заданного состава, из колонки 23 поступает во внутритрубное пространство РТО 12, конденсируется и собирает- ся в ресивере 24, откуда поступает во внутритрубное пространство дополнительного теплообменника 14, затем расширяется в дросселе 22 и поступает в межтрубное пространство тепло- обменного агрегата 25,

Все регенеративные теплообменники составляют единый теплообменный агрегат 25, через который проходит прямой и обратный потоки разделяемого газа или жидкости, прямой и обратный потоки холодильного агента. На теплом конце теплообменного агрегата обратные потоки смеси объединяются в один и поступают на линию всасывания в компрессор 1. Затем цикл повторяется.

Наличие отделителя жидкости при частичной конденсаци позволяет получить смесь с максимальным содержанием высококипящего компонента, а зна- чит максимально приблизить температуру агента к температуре охлаждаемого потока на входе в теплообменный агрегат.

Введение дросселируемого потока жидкости из сепараторов в последующий теплообменник позволяет максимально утилизировать холод обратного потока и плавно понизить температуру прямого.

F Использование ректификационной |колонки в нижней ступени охлаждения взамен сепаратора позволяет произвести наиболее эффективное разделение смеси, а значит., получить вещество, способное обеспечить максимальное снижение температуры в испарителе нижней ветви. Это позволяет увеличить глубину охлаждения прямого потока. Если смесь определенного состава имеет наибблее низкую температуру при том же давлении, то использование ректификационной колонки позволяет полу-

QJ5

20 25

30

5

0

5

0

5

чить требуемый состав с наибольшей точностью.

Таким образом, достигается плавное изменение состава смеси и температуры, повышается термодинамическая эффективность машины, расширяется диапазон температур цикла и увеличивается глубина охлаждения потока газа или жидкости.

Формула изобретения

1. Многоступенчатая холодильная установка, содержащая компрессор, соединенный по входу с межтрубным пространством теплообменного агрегата для охлаждения прямого потока, а по выходу - с конденсатором, и ступени охлаждения, в каждой из которых по жидкостной линии последовательно установлены сепаратор, регенеративный теплообменник и дроссельное устройство, а газовая полость каждого предыдущего сепаратора через свой регенеративный теплообменник соединен с сепаратором последующей ступени охлаждения, причем регенеративные теплообменники последовательно размещены в межтрубном пространстве теплообменного агрегата, отличающая- с я тем, что, с целью повышения холо- допроизводительности, конденсатор выполнен из двух секций, между которыми установлен сепаратор первой ступени охлаждения, а выход каждого дроссельного устройства подключен к межтрубному пространству теплообменного агрегата.

2. Установка по п.1, о т л и ч а ю- щ а я с я тем, что, с целью снижения температуры охлаждения, она содержит ресивер, дроссель и дополнительный теплообменник, причем сепаратор концевой ступени охлаждения выполнен в виде ректификационной колонки со эме- евиком в кубовой части, соединенным по входу с газовой полостью сепаратора предыдущей ступени и по выходу - с ректификационной частью колонки, а ресивер по входу соединен с отгонной частью колонки и по выходу через дополнительный теплообменник и дроссель - с межтрубным пространством теплообменного агрегата.

Изобретение позволяет увеличить холодопроизводительность путем повышения термодинамической эффективности и понизить температуру охлаждения. Сжатая в копрессоре смесь хладагентов охлаждается в секции 2 конденсатора, разделяется на жидкость и пар в сепараторе 4, из которого пар направляется на охлаждение во вторую секцию 3 конденсатора, а жидкость подогревается в теплообменнике 8 за счет тепла прямого потока и после дросселирования направляется в межтрубное пространство теплообменного агрегата 25 обратным потоком. Смесь хладагентов последовательно разделяется на жидкость и пар в сепараторах 5, 6 и 7. Из сепаратора 7 пар направляется в ректификационную колонку 23, в которой разделяется на жидкость, обогащенную высококипящим хладагентом, и пар, обогащенный жидкокипящим хладагентом, который после охлаждения в теплообменнике 12 ожижается и направляется в ресивер 24, а затем через дополнительный теплообменник 14 и дроссель 22 - в межтрубное пространство теплообменного агрегата 25 обратным потоком. Снижение разности температур между прямым и обратным потоками повышает термодинамическую эффективность установки, а разделение смеси в колонке 23 с получением более очищенного низкокипящего компонента позволяет снизить температуру охлаждения прямого потока. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.