Химическая технология, ч. 1. - Гончаров А.И
Скачать (прямая ссылка):
St=^t1- tt. (118)
Це явище — ефект Джоуля — Томсона — використовують для утворення низьких температур в установках розділення повітря, коксового газу і т. п.
Зниження температури при дроселюванні повітря для різних перепадів тиску наведено в табл. 4.
Для одержання більш низьких температур дроселювання поєднують з регенеративним теплообміном (через стінку) між стиснутим газом, який надходить на дроселювання, і газом, охолодженим внаслідок дроселювання. Таке попереднє охолодження стиснутого газу в теплообміннику перед дроселюванням дає змогу досягати температур зрідження газів.
Щоб перетворити повітря, як і всякий газ, у рідину, температуру його знижують нижче за критичну. Тиск пари над рідиною при цій температурі називається критичним тиском. Критична температура повітря — 140,7° С, критичний тиск — 37,2 ат. При атмосферному тиску для перетворення повітря в рідину необхідно охолодити його до — 192° C
Деякі властивості охолоджених газів видно з табл. 5.
Охолодження газів під час розширення їх в детандері. Такий процес при розширенні попередньо стиснутого газу відбувається в газовому двигуні, що одночасно виконує зовнішню роботу, яку можиа використати з будь-якою метою: перекачування рідин, стиснення газів і і. д. Стиснутий газ у детандері розширюється без обміну теплом з навколишнім середовищем, і робота, яку він виконує при цьому, здійсню-
Таблиця 5.Властивості газів
Речовина
Формула
Температура кипіння, *С
Критична температура, °С
Критичний тиск ркр X X 10s, Па
Нормальний бутан
C4H10
—0,5
+ 150,8
79,1
Діоксид сірки
SO2
- 10,1
+ 157,3
79,5
Аміак
NH3
—33,4
+ 132,4
113,8
Пропан
—44,5
+ 102,0
43,4
Пропілен
C3H,
—47,0
+91,4
46,2
Діоксид вуглецю
CO2
—78,5
+31,0
76,5
Ацетилен
C2H2
—83,6
+36,0
63,2
Етан
C2H8
—88,3
+32,1
49,8
Етилен
C2H4
— 103,8
+9,7
52,0
Метан
CH4
—161,4
-82,5
46,7
Кисень
O2
— 183,0
— 118,8
50,7
Аргон
Ar
-185,8
-122,1
50,0
Моноксид вуглецю
CO
-191,5
— 140,2
35,0
Повітря
—
— 192,0
—140,7
37,7
Азот
— 195,7
— 147,1
34,1
Неои
Ne
—245,9
—228,7
27,2
Водень
H2
—252,8
— 139,9
13,5
Гелій
Не
—268,8
—267,9
2,3
ється завдяки його внутрішній енергії, внаслідок чого газ охолоджується. Хоч коефіцієнт корисної дії детандера низький, проте виконану ним роботу можна використати для додаткового стиснення газу, що зменшить витрату енергії на його зрідження. Для підвищення холодопродуктивності процесу розширення газу в детандері комбінують з дроселюванням.
Крім дроселювання і розширення газу в детандері для охолодження можна використати різні інші фізичні процеси, наприклад процеси фазових переходів (плавлення, кипіння, сублімацію та ін.), які супроводяться значним поглинанням тепла. Для зниження температури плавлення застосовують охолодні суміші, які складаються з подрібненого льоду або снігу NaQ або CaQ2. За допомогою них можна знизити температуру до —55° C Є ще ряд методів, які поки що не набули ще промислового значення: вихровий, термоелектричний, магніто-калоричний ефекти та ін.
Компресорні парові холодильні машини. Для виробництва помірного холоду застосовують компресорні парові холодильні машини. Як холодильні агенти в них використовують низькокиплячі рідини, здатні випаровуватись при температурах, нижчих за 0° С, а потім після попереднього стиснення знову перетворюватись у рідину при звичайних температурах. Пари холодильного агента стискаються в поршневих компресорах або турбокомпресорах.
Багатоступеневі холодильні машини. Для одержання відносно низьких температур використовують більш складні двоступеневі або триступеневі холодильні машини. Так, двоступеневим стисненням аміачної пари знижують температуру до —50° С, а триступеневим
стисненням до —70° С. Крім компресорів до складу холодильних установок входять ще теплообмінники.
Холодильні агенти і холодоносії. Властивості холодильного агента є вирішальним фактором при конструюванні холодильних машин. Тому до речовин, які використовуються як холодильні агенти, ставляться певні вимоги: висока критична температура, що забезпечує конденсацію парів холодоагента водою або повітрям; велика теплота випарювання, що зменшує витрату холодоагента; як найменший питомий об'єм пари холодоагента при температурі і тиску випарювання, що впливає на розмір холодильних установок; тиск випарювання повинен бути трохи вищий за атмосферний, щоб запобігти всмоктуванню повітря. Крім того, холодоагент не повинен бути хімічно агресивним і шкідливим для здоров'я людини.
Найбільш поширеними сучасними холодоагентами, які задовольняють більшість вимог, є NH3 і фреони. Для досягнення температур, нижчих за — 70° С, застосовують C3H8, C2H8 та C2H4. Недоліком NH3 є те, що він горючий, отруйний, з повітрям може утворювати вибухові суміші, викликає корозію міді та її сплавів.
Фреони — це фторхлорпохідні CH4. Перша цифра марки фреону на одиницю більша, ніж є в сполуці атомів H2, а друга цифра означає число атомів фтору. Отже, сполука CCl2F2 називається фреон-12; сполука CHCiF2 — фреон-22. Відомі також фреони, які є похідними інших вуглеводнів.
