Cтраница 2
Термодинамические циклы холодильных машин, представляющих собой сочетание двух или более машин, расположенных последовательно и работающих при различных температурах испарения хладагентов, называют каскадными циклами. В каждой холодильной машине каскадного цикла совершается замкнутый одно - или двухступенчатый холодильный цикл. Машины с различной температурой испарения хладагентов объединены общим элементом схемы - теплообменником, являющимся конденсатором-испарителем, в котором за счет теплоты, отбираемой испаряющимся хладагентом верхней части каскада, осуществляется конденсация хладагента соответствующей холодильной машины нижней части каскада. Каскадные циклы используют для ожижения газов. Например, для ожижения воздуха или азота используется четырехступенчатый, а для ожижения гелия - шестиступенчатый каскадные циклы. [16]
Наиболее сложным элементом подобных схем является система охлаждения. До температур выше примерно - 40 С можно применять охлаждение испаряющимся пропаном: жидкий пропан подается в конденсатор орошения через дроссельный клапан; при сбрюсе давления происходит испарение пропана и за счет теплоты его испарения - конденсация паров головного погона колонны. Реже в качестве хладагента используется аммиак. Далее этилен может снова быть использован как испаряющийся хладагент, причем в зависимости от давления, при более или менее низкой температуре. Испарившийся при конденсации этилена пропан снова сжимается, и при давлении 16 - 18 am уже конденсируется простым водяным охлаждением. Таким образом, каскадная система охлаждения, позволяющая иметь температуры охлаждения до - 100 С, состоит из трех хладагентов: этилен - пропан - вода. Для более глубокого охлаждения используют метан. [17]
В зависимости от уровня температуры и применяемых хладагентов различают естественное и искусственное охлаждение. При естественном охлаждении достигаемая температура определяется температурой окружающей среды - воды, воздуха, льда. В зависимости от времени года температура речной воды изменяется от 4 до 25 С, артезианской - от 8 до 15 С; температура оборотной воды примерно равна 30 С. Воздух имеет большую, чем вода, разницу сезонных температур. Оборотную воду охлаждают в градирнях воздухом. Отходящие продукты на нефтеперерабатывающих заводах охлаждают водой и воздухом в поверхностных тепло-обменных аппаратах. Искусственное охлаждение осуществляют в основном двумя способами: посредством отвода тепла испаряющимися низкокипящими жидкостями - хладагентами ( до 393 С) и понижения температуры вследствие расширения предварительно сжатых газов ( ниже 393 С) путем простого дросселирования или расширения с совершением внешней работы в турбодетандерном агрегате. В качестве испаряющихся хладагентов применяют сжиженные газы: аммиак, пропан, этан. В технологических установках, где применяют искусственное охлаждение, холод отходящих продуктов регенерируют, используя их как хладагенты для начального охлаждения поступающего сырья. [18]
Таким путем удается перекрыть широкий диапазон темп-р: от 77 до 63 К при помощи жидкого азота, от 27 до 24 К - жидкого неона, от 20 до 14 К - жидкого водорода, от 4 2 до 1 К - жидкого гелия. При более низких темп - pax вещество затвердевает и теряет свои качества хладагента. Промежуточные темп-ры, лежащие между указанными выше интервалами, достигаются спец. Охлаждаемый объект теплоизолируют от хладагента, помещая его, напр. При небольшом контролируемом выделении теплоты в камере ( в ней имеется электрич. В др. способе получения промежуточных темп-р охлаждаемый образец помещают над поверхностью испаряющегося хладагента и регулируют скорость испарения жидкости нагревателем. Отвод теплоты от исследуемого объекта здесь осуществляет поток испаряющегося газа. Применяется также метод охлаждения, при к-ром холодный газ, получаемый при испарении хладагента, прогоняется через теплообменник, находящийся в тепловом контакте с охлаждаемым объектом. [19]