Инертные газы - Фастовский В.Г.
Скачать (прямая ссылка):
Из приведенных данных следует, что увеличение давления конденсации сверх 10—15 ат нецелесообразно, так как это не
180
приводит к значительному увеличению степени извлечения неона. В то же время повышение давления сопряжено с растворением большего количества гелия в жидком неоне, а также с усложнением конструкции аппарата.
В США для удовлетворения возросших требований на жидкий неон организовано его получение на крупной воздухораз-делительной установке, перерабатывающей около 31000 м3/ч воздуха [52, 61]. На этой установке ежемесячно получают 224 мг неоно-гелиевой смеси (70%Ne и 30%Не), которая нагнетается мембранным компрессором в стальные баллоны под давлением 150 ат. Отсюда неоно-гелиевая смесь через рамповый редуктор направляется в установку для разделения и сжижения неона с помощью жидкого водорода. Смесь охлаждается в теплообменниках, подвергается очистке в адсорбере с углем при температуре жидкого азота, а- также охлаждается в ванне жидкого азота, кипящего под вакуумом. Пройдя концевой теплообменник, неоно-гелиевая смесь поступает в вертикальный трубчатый конденсатор, охлаждаемый жидким водородом, который кипит под давлением около 3,1 ат примерно при 25° К. В трубках происходит сжижение неона, а несконденсировавшийся газ содержит около 80% Не и 20% Ne; потери последнего с этим потоком составляют 4—5%. Для получения жидкого водорода служит замкнутый холодильный цикл, в котором теплообменники для охлаждения водорода объединены с теплообменниками для неоно-гелиевой смеси. Водород сжимается до 140 ат в поршневом компрессоре, подвергается очистке и охлаждению в теплообмен-' никах, а также в ванне жидкого азота, кипящего под вакуумом, а затем дросселируется в межтрубное пространство конденсатора для разделения неоно-гелиевой смеси- Жидкий неон в количестве 15 л/ч выводится из конденсатора и сливается в сосуды емкостью 150 л с эффективной теплоизоляцией. В холодильном цикле сжимается 335 мг\ч водорода. Установка оборудована автоматическими газоанализаторами, контролирующими содержание кислорода в циркуляционном водороде и сигнализирующими о его возрастании. Контролируется также давление во всасывающей линии водородного компрессора; оно всегда выше атмосферного во избежание подсоса воздуха. При таких условиях эксплуатация установки безопасна.
Разделение неон о-г елиевой смеси с помощью жидкого неона. Применение жидкого неона для охлаждения неоно-гелиевой смеси позволяет создать установку непрерывного действия, совершенно взрывобезопасную и достаточно удобную в эксплуатации. Схема такой установки (рис. 3.19) описана Бевилогуа [62], который опытным путем подтвердил ее работоспособность.
Неоно-гелиевая смесь, содержащая 75%Ne и 25% Не, под давлением 25 ат поступает в теплообменник 1, где охлаждается •обратными газовыми потоками, после чего направляется в змее-
181
вик, находящийся в жидком азоте кипятпем пп„ ак° V умом в испаоитеяе 2- Л ' кипящем при 65 К под ваку-
?0 67-68°К^ В теплообменниНкер°НГГеЛИВаЯ Смесь охлаждаегс» 19° к „™ теплоооменнике 3 смесь охлаждается ттп 41
Жидкий Н2
I____
ЩЫе,25Ш
-ОО-
1-і,
і______
Рис. 3.19. Принципиальная схема установки для пачле ления „еено-гелиевой «еон конден^ционніїетодо^ с применением жидкого неона.
4 при 27,5° К, неоно-гелиевая смесь охлаждается до 29—ЧПЭ у
ПОСЛе чего ПОСТУПает В сепяпятгт атдле1СЯ Д° К,
бой неон, содержащий около 2^^- я Д НСЗТ пРеДс™етсо-газ содеожитя 1оо/ы0 ^/рНе, а несконденсировавшийся содержит 8-12%Ые; газовый поток нагревается в теплооб
112
ценниках 3 и 1, после чего может быть направлен на извлечение неона адсорбционным методом; потери неона с этим потоком не превышают 2%. Жидкий неон с растворенным в нем гелием (до 2%) из сепаратора 5, где давление равно 25 ат, дросселируется в сборник 6 до давления, близкого к атмосферному; при этом практически весь гелий, содержащийся в жидком неоне, переходит в газовую фазу; частично (около 4%) испаряется также неон, причем газ, образующийся в сборнике 6, содержит 65—75%Это позволяет направить его непосредственно на повторное разделение вместе с поступающей исходной смесью. В жидком неоне, находящемся в сборнике 6', содержание гелия не превышает 0,1%- Жидкий неон направляется в теплообменник 3, где испаряется и нагревается; дальнейшее его нагревание происходит в теплообменнике 1.
Для целей охлаждения жидкий неон получают во внешнем замкнутом холодильном цикле. Неон сжимается компрессором до давления 200 ат, охлаждается обратным потоком газа в теплообменнике 7, жидким азотом в испарителе 2, обратным потоком газа в теплообменнике 8, а затем дросселируется в испаритель 4 и частично при этом сжижается. Несжижившийся и испарившийся неон выводится из испарителя 4 через теплообменники 8 и 7 и вновь сжимается компрессором. Пары азота из испарителя 2откачиваются вакуум-насосом через теплообменник 7.
По данным Бевилогуа [62], в лабораторной установке, действовавшей по описанной схеме (см. рис. 3.19), количество неона, циркулировавшего в замкнутом холодильном цикле, составляло 0,4—0,5 м3 на 1 м3 перерабатываемой неоно-гелиевой смеси, которая поступала в количестве примерно 1,6 м3/ч. Расход жидкого азота— 1,5—2,0 л на 1 ж3 неоно-гелиевой смеси.
