【正文】 制 冷 原 理 與 技 術(shù) 制 冷 原 理 與 技 術(shù) 圖 理論克勞特系統(tǒng) T－ S圖 制 冷 原 理 與 技 術(shù) ? 取熱交換器、節(jié)流閥、氣液分離器作為能量分析系統(tǒng)，該系統(tǒng)沒有外部熱功交換， 對該系統(tǒng)應(yīng)用熱力學(xué)第一定律 : 231)(0 hmhmhmhmhmm eeefff ?????? ???????膨脹機(jī)的流量比率 : 進(jìn)膨脹機(jī)質(zhì)量流量占總流量比例 : mmx e ?? /??液化率 : y mmh hh h xh hh hffef? ? ?? ? ??..1 2131?凈耗功 : )( 43 hhmw ee ?? ??)()]()([ 321211 ehhxhhssTmw ??????? ??() () () () () 制 冷 原 理 與 技 術(shù) 圖 克勞特循環(huán)單位質(zhì)量液化功 制 冷 原 理 與 技 術(shù) 8. 卡皮查系統(tǒng) 卡皮查循環(huán)：帶有高效率透平膨脹機(jī)的低壓液化循環(huán)。 它采用低壓力，等溫節(jié)流效應(yīng)及膨脹機(jī)焓降均較小。 圖 卡皮查系統(tǒng) . 制 冷 原 理 與 技 術(shù) 制 冷 原 理 與 技 術(shù) 海蘭特循環(huán) ：帶高壓膨脹機(jī)的氣體液化循環(huán)。 實際上它也是克勞特循環(huán)的一種特殊情況。 圖 海蘭特系統(tǒng) 9. 海蘭特系統(tǒng) 制 冷 原 理 與 技 術(shù) 制 冷 原 理 與 技 術(shù) 10. 采用膨脹機(jī)的其它液化系統(tǒng) 雙壓克勞特 :原理與林德雙壓系統(tǒng)相似。 通過節(jié)流閥的氣體被壓縮至高壓 經(jīng)過膨脹機(jī)循環(huán)氣體僅壓縮至中壓 圖 雙壓克勞特系統(tǒng) 制 冷 原 理 與 技 術(shù) 制 冷 原 理 與 技 術(shù) 自動制冷復(fù)迭系統(tǒng) :工作時重組分先冷凝，輕組分后冷凝的特性，將它們依次冷凝、節(jié)流、蒸發(fā)得到不同溫度級的冷量，使天然氣對應(yīng)組分冷凝并全部液化。 11. 液化系統(tǒng) 圖 液化天然氣系統(tǒng) 制 冷 原 理 與 技 術(shù) 12. 各種液化系統(tǒng)的性能比較 表 以空氣為工質(zhì)，＝ 300K， P＝ 制 冷 原 理 與 技 術(shù) 續(xù)上表： 制 冷 原 理 與 技 術(shù) 13. 用于氖和氫的預(yù)冷林德－漢普遜系統(tǒng) 圖 適用于液化氖和氫的 液氮預(yù)冷林德－漢普遜系統(tǒng) 制 冷 原 理 與 技 術(shù) 制 冷 原 理 與 技 術(shù) ?單位質(zhì)量壓縮氫或氖所對應(yīng)的氮的 蒸發(fā)率 : ?取三個換熱器、液氮槽、液氫或氖的儲罐和節(jié)流閥作為分析系統(tǒng)，針對沒有熱漏的穩(wěn)定流動 : 21 22 )(0 hmhmhmhmmhm aNfffcN ?????? ??????mmz N ?? /2?z h hh h y h hh hc afc a? ?? ? ??2 1 1?單位質(zhì)量 液化氫或氖下氮的蒸發(fā)率 : yzm/mm/mmm..f.Nf..N ?? 22() () () () 制 冷 原 理 與 技 術(shù) 圖 在液氮預(yù)冷林德－漢普遜系統(tǒng)中每液化單位質(zhì)量氫所需氮的蒸發(fā)率與液氮槽溫度的關(guān)系 . 制 冷 原 理 與 技 術(shù) 14. 用于氖或氫的克勞特系統(tǒng) 圖 生產(chǎn)液氫或氖的 液氮預(yù)冷克勞特系統(tǒng) 制 冷 原 理 與 技 術(shù) 制 冷 原 理 與 技 術(shù) 15. 氦制冷的氫液化系統(tǒng) 采用氦制冷系統(tǒng)與高壓系統(tǒng)相比 : 優(yōu)點 : 相應(yīng)地降低了使用壓力 縮小了壓縮機(jī)的尺寸 減小了系統(tǒng)材料的壁厚 不足 : 需用兩臺壓縮機(jī) 氦制冷機(jī)采用改進(jìn)的克勞特系統(tǒng)，在循環(huán)中氦氣并不被液化，但達(dá)到的溫度比液氫或氖更低。 壓縮氦氣經(jīng)液氮槽預(yù)冷，進(jìn)入膨脹機(jī)膨脹產(chǎn)冷降溫，冷氦氣返回以冷卻高壓的氫或氖，以使其液化。 制 冷 原 理 與 技 術(shù) 圖 氦氣制冷的氫液化系統(tǒng) 制 冷 原 理 與 技 術(shù) 制 冷 原 理 與 技 術(shù) 氫液化器中正－仲氦轉(zhuǎn)換 氫可能存在兩種不同的狀態(tài) :正氫和仲氫 在平衡氫中正氫的濃度主要取決于氫的溫度 : ? 在常溫下，平衡氫是 75%正氫和 25%仲氫的混合物 ? 在液氫的標(biāo)準(zhǔn)沸點時，氫的平衡組成幾乎全部為 仲氫，占 %。 ?當(dāng)氫氣經(jīng)過液化 系統(tǒng) 時，氣體不可能在熱交換器內(nèi)保持足夠長的時間以建立起一定溫度下的平衡氫組成，結(jié)果是 液氫由接近環(huán)境溫度下的正仲氫組成。 制 冷 原 理 與 技 術(shù) 圖 正仲氫轉(zhuǎn)化布置 制 冷 原 理 與 技 術(shù) 16. 考林斯氦液化系統(tǒng) ?早期氦液化器采用液氫作為預(yù)冷劑 ,如帶預(yù)冷林德－漢普遜系統(tǒng)可以用來液化氦氣。 考林斯氦液化器是克勞特系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展具有低溫工程里程碑。 fefef hhhxhhhxhhhhy?????????122111121?取除氦壓縮機(jī)及膨脹機(jī)外的所有部件作為分析系統(tǒng)，對該穩(wěn)定流動系統(tǒng)應(yīng)用熱力學(xué)第一定律 : () 制 冷 原 理 與 技 術(shù) 圖 考林斯氦液化系統(tǒng) 制 冷 原 理 與 技 術(shù) 制 冷 原 理 與 技 術(shù) 圖 西蒙液化系統(tǒng) 17. 西蒙氦液化系統(tǒng) 制 冷 原 理 與 技 術(shù) 制 冷 原 理 與 技 術(shù) 圖 西蒙液化系統(tǒng)的 T－ S圖 制 冷 原 理 與 技 術(shù) ?假定厚壁容器傳入熱量可逆，同時容器材料的比熱符合 德拜表達(dá)式 : cccccc dTmCdSTmdQ ???容器的熵變?yōu)?: )( 3353 fDcc TTRS ??????存在漏熱 : cc SmmSS ??? )/( 656?液化率 : y S S m m SS Sg c cg f? ? ? ?( ( / ))5 6 ??滿液體部分的 容積比 : ? ? ? ?? ?1//666 －fgfgffyyymmVV ff????????????() () () () () 制 冷 原 理 與 技 術(shù) 氣體分離和純化系統(tǒng) 1. 熱力學(xué)理想分離系統(tǒng) 半滲透膜：該膜僅允許一種氣體自由完全地通過，而其他氣體無法通過。 ?使用這種裝置，氣體混合時就可以獲得輸出功，輸入同樣的功就可以把他們分開，因此，該過程是個可逆過程 。 ?如圖 左邊的活塞只允許氣體 A通過，右邊的活塞只允許氣體 B通過，通過把兩個活塞移動到一起，由氣體 A和 B組成的混合物就可逆地被分離成純凈的氣體 A和氣體 B。 制 冷 原 理 與 技 術(shù) 圖 . 制 冷 原 理 與 技 術(shù) 制 冷 原 理 與 技 術(shù) ?理想氣體混合物分離的理論功 : ?分壓比 =質(zhì)量比 : j?種組分理想氣體混合物耗功 : ?分離系統(tǒng)的分離效率為 : )]/l n ()/()/l n ()/[(/ 11 bmbmbamamammi PPRmmPPRmmTmW ???aammaaaammmmamRmRmVTRmVTRmPP ??//1)/1l n (/ ijimmi yyTnW ????mmimmimWmWnWnWF O M////??????() () () () 制 冷 原 理 與 技 術(shù) 2 混合物的性質(zhì) (1) 相律 單組份物質(zhì)以兩相出現(xiàn)時 (例如液氮和氣氮 )，并非所有熱靜力學(xué)參數(shù)都是獨立的。對于一組相態(tài)，在物性之間存在一個蒸氣壓力方程的關(guān)系式。 對于多于一相和超過一個組分物質(zhì)，我們必須應(yīng)用 Gibbs相規(guī)律 (1878年發(fā)現(xiàn) )來描述狀態(tài)所需要獨立變量的數(shù)目。 T = C P +2 T:描述體系狀態(tài)所需要獨立變量的數(shù)目