1
Изобретеиие относится к технике глубокого охлаждения труднокоиденсируемых газов и может быть иснользовано ири длительном хранении ожиженных и отвердевших газов.
С увеличением масштабов применения в народном хозяйстве криогенных веществ приобретает существенное значение задача снижения их потерь на испарение в период длительного хранения.
Известен способ хранения низкокипящих газов в конденсированном состоянии в изотермических условиях при ностоянном дренировании наров, давление которых в сосуде поддерживают неизменным. Теплопритоки к сосуду приводят к непрерывному испарению (сублимации) хранимого вещества и следовательно к потере его массы.
В условиях бездренажного хранения в закрытом сосуде с постепенным нагревом хранимого вещества потери полностью отсутствуют, однако длительность хранения сравнительно небольщая. Кроме того, в полностью заполненном сосуде идет слищком .быстрый рост давления, а в частично заполненном сосуде нерационально используется объем сосуда.
Целью изобретения является уменьщение Потерь хранимого вещества при хранении с дренированием паров. Это достигается путем дренирования насыщенных наров на различных температурных уровнях с повыщением в сосуде давления насыщенных паров хранимого вещества. Дренирование паров осуществляют непрерывно при постоянном заполнении
всего объема сосуда хранимым веществом в конденсированном состоянии и после достижения оптимальной для данного срока хранения температуры дренирование паров производят при постояниом давлении в сосуде или ведут
дренирование при постоянном давлении ступенчато при начальной и конечной температурах хранения и ири начальной температуре дренирование производят до получения в сосуде среднеобъемной плотности, оптимальной
для данного срока хранения, а последующий бездренажный период хранения ведут до заполнения всего объема сосуда хранимым веществом в конденсированном состоянии.
На фиг. 1 показано устройство для осуществления описываемого способа; на фиг. 2 - график зависимости относительных потерь кислорода от величины теплопритоков; на фиг. 3 - график зависимости относительных
потерь от конечной температуры хранимого вещества в условиях дренирования паров при постоянно1М давлении; на фиг. 4 - график зависимости отиосительных потерь от конечной температуры хранимого вещества при бездренажном хранении.
Жидкий или твердый кислород хранят в теплоизолированном сосуде 1, имеющем дренажную линию 2. В дренажной линии установлен регулирующий вентиль 3, иозволяющий изменять сечение дренажной линии или полностью перекрывать ее.
На фиг. 2 показана зависимость относительных потерь кислорода от величины теплопритоков QT к единице объема кислорода за весь период хранения. Потери рассчитываются для случая, когда сосуд в начальный момент заполняется твердым кислородо.м с температурой при давлении ,1 мм рт. ст. и плотности твердой фазы ,382 г/см. Кривые I и II показывают минимально возможные относительные потери т (для заданного уровня теплоиритоков Qr) при хранении предлагаемым способом. Для сравнения на кривой III показаны относительные потери при дренировании паров в изотермических условиях ().
Хранение криогенного вещества осуществляют следующим образом.
Сосуд 1 полностью заполняют ожиженным или отвердевшим газом, желательно при самой низкой температуре. После этого осуществляют постепенное повышение температуры и давления насыщенных паров хранимого вещества с одновременным дренированием паров на различных температурных уровнях.
Дренирование паров через линию 2 производят непрерывно при постоянном заполнении всего объема сосуда хранимым веществом в конденсированном состоянии. Постепенно при помощи вентиля 3 улменьщают сечение дренажной линии так, что за счет роста давления происходит нагрев конденсированной фазы по линии равновесия твердая (жидкая) фаза - пар. При этом испаряют и отводят в виде паров избыточный объем конденсированной фазы, образующейся в результате ее термического расширения при нагреве. После достижения оптимальной для данного срока хранения температуры (см. фиг. 2 и 3) сечение .откачной линии сохраняют неизменным для поддержания постоянного давления паров, вследствие чего дальнейший процесс хранения происходит в изотермических условиях.
Хранение в предлагаемом режиме обеспечивает в 1,5--2 раза меньшие потери по сравнению с хранением твердого кислорода при неизменной начальной температуре (см. фиг. 2). На фиг. 3 этим режимам соответственно отвечают минимальная и начальная точки кривой (Г). Расчеты показывают, что на азоте и водороде по предлагаемому способу также можно уменьшить потери хранимого вещества в 1,5-2 раза.
Дренирование паров через линию 2 начинают при начальной температуре хранимого вещества и осуществляют в изотермических условиях при постоянном давлении насыщенных паров в сосуде. После достижения в сосуде среднеобъемной плотности хранимого вещества, соответствующей плотности конденсированной фазы при оптимальной конечной температуре (см. фиг. 4) для данного уровня теплопритоков QT вентиль 3 закрывают и производят в дальнейшем бездренажное хранение. В сосуде за счет теплопритоков происходит постепенное повышение давления насыщенных паров и температуры хранимого вещества. К моменту достижения заданной конечной температуры вследствие термического расширения конденсированная фаза заполняет весь объем сосуда. С этого времени хранение снова ведут в изотермических условиях, для чего открывают линию 2 так, что дренирование паров происходит при давлении, соответствующем расчетной конечной температуре хранения.
В известных способах хранения используются отдельно или теплота испарения (сублимации) при хранении с дренированием паров, или теплоемкость конденсированного состояния при бездренажном хранении. В то время, как теплота, необходимая для нагрева хранимого вещества, увеличивается с повышением конечной температуры, теплота испарения постепенно уменьшается до нуля (в критической точке).
Предложенный способ обеспечивает использование как теплоемкости, так и теплоты испарения на наиболее оптимальных для данной величины теплопритоков QT уровнях температур.
Относительные дотери вещества i-j за период хранения выражаются формулой
. Рк QT-QV(TK Ро 9й-г(Тк)
где ро, рк - соответственно начальная и конечная среднеобъемные плотности хранимого вещества в сосуде,
Qr - величина теплопритоков к единице объема сосуда за период хранения, дж/см ;
г - теплота испарения (сублимации);
Q.V(TK)-суммарный запас холода единицы объема хранимого вещества, дж/см ;
Т к - конечная температура хранения.
Вследствие того, что не только величина г, но QV зависит от температуры, минимум потерь Т не обязательно должен быть при минимуме TK, где величина г мииимальна. Из графиков на фиг. 3 и 4 видно, что для каждой величины теплопритоков QT имеется своя оптимальная конечная температура.
Потери при хранении соответственно определяются, исходя из следующих выражений для функции QV
д{,() р-г+ |г-ф+ |r..Csdr +
) „ж Т I- Ртр.т ч-р.т
+ Р
О, .р.т/
Q; (Тк ) : Р Г + Гшах (ршах р) + Р Сs dT-} min+ 7 р;(а-с.-).г + ) Гл т Гтр.т + Р о, ,p.J где Tmin - исходная температура конденсированной фазы; Cs, CS - соответственно теплоемкость конденсированной фазы и пара; Л - теплота затвердевания; Р к - средняя по объему сосуда плотность пара; тр.Т , -соответственно температура и плотность жидкой фазы в тройной точке; , Pmai - соответственно теплота испарения и плотность при температуре Гтт. Определяя для каждой величины QT из графиков на фиг. 3 и 4 минимальные значения относительных потерь т, получаем зави- 20 симость (Рт) (см. фиг. 2). Как видно из фиг. 2, предложенпый способ хранения позволяет наиболее оптимальным образом использовать как теплоту испарения (сублимации), так и теплоемкость конденсированной фазы 25 для уменьшения потерь при ее хранении. 5 10 15 Предмет изобретения 1.Способ хранения низкокипяш;их газов в конденсированном состоянии путем компенсации теплопритоков за счет бездренажного нагрева хранимого вещества до заданной температуры и последук щего дренирования паров из сосуда при этой температуре в условиях неизменного давления, отличающийся тем, что, с целью уменьшения потерь вещества за счет оптимального использования запаса холода, дренирование производят на нескольких температурных уровнях, а нагревание - до такой температуры, чтобы конденспрованная фаза за счет термического расширения заполнила весь объем сосуда. 2.Способ по п. 1, отличающийся тем, что дренирование осушествляют непрерывно в процессе всего разогрева. 3.Способ по п. 1, отличающийся тем, что дренирование осуществляют при начальной температуре при постоянном давлении и производят его до получения в сосуде среднеобъемной плотности, оптимальной для данного срока хранения,
-Puz.l
