Способ получения жидкостей при криогенных температурах Советский патент 1992 года по МПК F25B9/02 

Изобретение относится к криогенной технике и может быть использовано в электроэнергетике, на транспорте, для криогенного обеспечения устройств высокотемпературной сверхпроводимости.

Известно несколько способов получения жидкостей при криогенных температурахсиспользованиемдроссель-эффекта и расширения газов с совершением внешней работы 1. Существо известных способов состоит в том, что криоагент сжимают в компрессоре, охлаждают обратным потоком до оптимальной температуры и отводят часть прямого потока через расширительную машину в обратный поток более низкотемпературного теплообменника, оставшуюся часть прямого потока после дальнейшего охлаждения направляют в дроссель или

парожидкостный детандер и охлажденный до заданной температуры поток полученной жидкости отводят потребителю либо испаряют при заданной температуре и вместе с образовавшимся после дросселирования паром низкого давления используют в качестве обратного потока в цепи теплообменников до входа в компрессор.

Различие отдельных способов состоит в количестве расширительных машин и способе их включения.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности к достигаемому результату является способ получения жидкого гелия, в котором газообразный гелий компримируют до давления выше критического, в частности до оптимального, определенного расчетом, охлаждают в

теплообменнике обратным потоком, причем часть потока расширяют с отбором внешней работы в двух последовательно включенных расширительных машинах, а оставшуюся часть потока охлаждают и дросселируют от давления прямого потока до давления обратного потока. При этом образуется пар и жидкость при заданной температуре. Данный способ принят за прототип

2.

Основной недостаток данного способа заключается в больших энергозатратах и низкой доле получаемой жидкости при заданной температуре.

Цель изобретения -снижениеудельных энергозатрат установки путем предварительного дросселирования части охлажденного прямого потока от давления прямого потока до промежуточного давления, а также увеличение количества жидкости, получаемой при заданной температуре путем охлаждения образующейся после предварительного дросселирования жидкости потоком пара, полученного после дросселирования от промежуточного давления до давления обратного потока,

На фиг. 1 представлена схема установки, в которой может быть реализован предлагаемый способ; на фиг. 2 - измененная по п. 2 нижняя часть схемы; на фиг. 3 - процессы, изображенные в T-S-диаграмме, характеризующие предлагаемый способ.

Установка состоит из газгольдера 1, основного компрессора 2, концевого холодильника основного компрессора 3, деух детандер-компрессоров 4, 5, концевого холодильника 6, регенеративных теплообмен- ников 7, 8, 9. 10, включенных последовательно в линию прямого и обратного потоков, теплообменника охлаждения части прямого потока потоком промежуточного давления 11, двух дроссель-вентилей 12, 13, отделителя жидкости 14, сборника жидкости 15, пяти регулирующих вентилей 16, 17, 18, 19, 20. двух запорных вентилей 21, 22. В исполнении по фиг. 2 имеется также переохладитель 23.

Пример конкретного выполнения способа для азота.

Газообразный азот при температуре окружающей среды сжимают от давления выше критического, например 4,0 МПа, охлаждают до 260 К и отводят в первую расширительную машину, где расширяют до 1.0 МПа и при этом поток охлаждается до 210 К. Затем поток охлаждается до 180 К и повторно расширяется до 0,13 МПа с понижением температуры до -130 К. Охлажденный прямой поток дросселируют от

4,0 до 1 МПа, при этом образуется 0,45 пара при давлении 1 МПА, отделяют пар от жидкости и охлаждают паром прямой поток, который подогревается до температуры входа во вторую расширительную машину, т.е. до 180 К. При повторном дросселировании чистой жидкости от промежуточного давления до давления обратного потока 0,13 МПа образуется 0,27 пара. В результате работы по предлагаемому способу доля получаемой жидкости увеличивается па 11 % против прототипа и соответственно сокращается удельный расход энергии.

Отличительной особенностью предлагаемого способа является предварительное дросселирование до промежуточного давления охлажденной части потока криоаген- та, в качестве которого могут

использоваться азот, неон, аргон, сепарирование жидкости от пара, использование образующегося при этом пара для охлаждения прямого потока, подача его в низкотемпературную расширительную машину, а

также охлаждение жидкости, получаемой после предварительного дросселирования, потоком пара, полученного после дросселирования от промежуточного давления до давления обратного потока. Температура

криоагента на выходе из низкотемпературной расширительной машины ниже температуры перед первым дросселем на величину недорекуперации.

Формула изобретения

1. Способ получения жидкостей при

криогенных температурах, включающий компремирование потока криоагента до давления выше критического, охлаждение в теплообменнике обратным потоком, при

этом часть потока расширяют с отбором внешней работы в двух последовательно включенных детандерах, один из которых низкотемпературный, а оставшуюся часть потока охлаждают и дросселируют от давления прямого потока до давления обратного потока,отличаю щийсятем,что,с целью снижения удельных энергозатрат, охлажденную часть потока дросселируют до промежуточного давления ниже критического,

полученную парожидкостную смесь сепарируют, отделяя пар от жидкости, пар подогревают прямым потоком, охлаждая последний и смешивают с потоком, подаваемым в низкотемпературный детандер, а жидкость

дросселируют до давления обратного потока.

2. Способ по п. 1,отличающийся тем, что, с целью увеличения количества жидкости, получаемой при заданной темпе- jmype, образующуюся после предваритель.. Р

Использование: в электроэнергетике, на транспорте, для криогенного обеспечения устройств высокотемпературной сверхпроводимости. Сущность изобретения: способ получения жидкостей при криогенных температурах включает компримирова- ние потока криоагента до давления выше критического, охлаждение в теплообменнике обратным потоком, при этом часть потока расширяют с отбором внешней работы в двух последовательно включенных детандерах, один из которых низкотемпературный, а оставшуюся часть потока охлаждают и дросселируют от давления прямого потока до давления обратного потока, охлажденную часть потока дросселируют от давления прямого потока до давления обратного потока, охлажденную часть потока дросселируют до промежуточного давления ниже критического, полученную пэрожидкостную смесь сепарируют, отделяя пар от жидкости. Пар подогревают прямым потоком, охлаждая последний, и смешивают с потоком, подаваемым в низкотемпературный детандер, а жидкость дросселируют до давления обратного потока. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Фиг. 2

JLi

Фиг. I

Фиг. 3

5