【正文】 制 冷 原 理 與 技 術(shù) ?在許多系統(tǒng)里，冷凝純化和物理吸附純化組裝在一個單元內(nèi)。 若氣體間的蒸汽壓非常接近（例 ：氧和氮），則冷凝純化法無效。 圖 制 冷 原 理 與 技 術(shù) 8 氦分離系統(tǒng) 目前工業(yè)上從天然氣中提取氦的主要方法有三種 ? 冷凝法 : 將天然氣逐級冷卻，使各種烴類分凝，得到濃縮氦。 表 制 冷 原 理 與 技 術(shù) 氬氣分離系統(tǒng)通常由兩部分組成 : （ 1）粗氬子系統(tǒng)（ 2）純化子系統(tǒng) 圖 粗氬子系統(tǒng) 制 冷 原 理 與 技 術(shù) 在工業(yè)上用于氬純化的子系統(tǒng)有兩種 : 粗氬經(jīng)化學(xué)除氧和低溫精餾除氮后成為純氬 低溫精餾除氮和低溫吸附除氧而得到純氬 圖 氬純化子系統(tǒng) 1 制 冷 原 理 與 技 術(shù) 圖 氬純化子系統(tǒng) 2 制 冷 原 理 與 技 術(shù) (1)粗氖子系統(tǒng) : 獲得粗氖的氣體混合物，其組成為 :46%氖、 19%氦、33%氮和 2%的氫。 膜的性能要求 : 具有很高的氣體滲透通量和高的選擇性，能在高壓下工作，抗雜質(zhì)的能力要強(qiáng)，而且要長期保持高的效率。 制 冷 原 理 與 技 術(shù) 膜分離設(shè)備中的關(guān)鍵是 膜組件 : 從氣體分離的機(jī)理分 :多孔型膜和非多孔型膜。 圖 快速變壓吸附分離氧 制 冷 原 理 與 技 術(shù) 膜分離技術(shù) 用膜分離技術(shù)進(jìn)行氣體分離的優(yōu)點(diǎn)： ? 分離過程中 沒有相變 , 過程簡單 , 可在常溫下進(jìn)行操作 , 減少能源的消耗。 圖 Skarstrom 變壓吸附循環(huán) 制 冷 原 理 與 技 術(shù) ? Guerin－ Domine循環(huán) 可以根據(jù)待分離混合氣體的性質(zhì)，改變吸附床的數(shù)目、相互連接方式和操作方案。 (2)在氣體組分濃度低 (分壓低 )的情況下，具有較大的吸附能力 . 圖 a) 3A型沸石 b) 4A c) 5A d) 10X e) 13X f) 分子篩炭 g) 活性炭 制 冷 原 理 與 技 術(shù) ?在一定溫度和壓力下，當(dāng)脫附速度和吸附速度相等時，便達(dá)到 吸附平衡 。 支撐柵板支撐填料層，使蒸汽均勻地通過填料層。 ? 負(fù)荷變化大，這時采用篩孔塔板和泡罩塔板相間的混合結(jié)構(gòu)方案。 ? 在實(shí)際系統(tǒng)中，應(yīng)在最小理論塔板數(shù) (固定產(chǎn)品流率下無窮大制冷量 )和最小制冷量的塔板數(shù) (無窮大理論塔板數(shù) )之間取一折中值。 1925年 McCable和 Thiele建立的，它在應(yīng)用時僅需要平衡濃度數(shù)據(jù)。 事實(shí)上 通過簡單的冷凝并不能把空氣分離成純組分，僅能達(dá)到部分分離，不能滿足許多實(shí)際的應(yīng)用。 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(dú)立的。 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。 圖 帶預(yù)冷林德－漢普遜系統(tǒng)單位質(zhì)量氮?dú)庖夯? 制 冷 原 理 與 技 術(shù) 5. 林德雙壓系統(tǒng) 圖 林德雙壓系統(tǒng) 制 冷 原 理 與 技 術(shù) 制 冷 原 理 與 技 術(shù) 圖 3 .12 林德雙壓系統(tǒng) T－ S圖 制 冷 原 理 與 技 術(shù) ? 取熱交換器，兩個氣液分離器，二個節(jié)流閥，作為熱力分析系統(tǒng)，針對穩(wěn)定流動， 根據(jù)能量守恒原則，可得液化率為 : y h hh h i h hh hf f? ?? ? ??1 311 21?中間壓力蒸汽流率比： i m mi? . ./?熱力學(xué)第一定律應(yīng)用于兩個壓縮機(jī)， 單位質(zhì)量氣體的壓縮耗功為 : ? ? ? ? ? ? ? ? ?wmT S S h h i T S S h h.. [ ( ) ( )] [ ( ) ( )]1 1 3 1 3 1 1 2 1 2() () () 制 冷 原 理 與 技 術(shù) 圖 林德雙壓系統(tǒng)液化功 制 冷 原 理 與 技 術(shù) 6. 復(fù)迭式系統(tǒng) 復(fù)迭式系統(tǒng)是預(yù)冷系統(tǒng)的展開，由其它制冷系統(tǒng)來預(yù)冷。 制 冷 原 理 與 技 術(shù) 第三章 低溫原理與技術(shù) 第一節(jié) 氣體液化與分離 第二節(jié) 低溫制冷機(jī) 第三節(jié) 低溫絕熱 制 冷 原 理 與 技 術(shù) 氣體液化與分離 氣體液化 氣體分離和純化系統(tǒng) 變壓吸附 空氣分離系統(tǒng) 氣體的分離原理 制 冷 原 理 與 技 術(shù) 氣體液化 1. 基本概念 2. 熱力學(xué)理想系統(tǒng) 3. 簡單林德－漢普遜系統(tǒng) 4. 帶預(yù)冷林德－漢普遜系統(tǒng) 5. 林德雙壓系統(tǒng) 6. 復(fù)迭式系統(tǒng) 7. 克勞特系統(tǒng) 8. 卡皮查系統(tǒng) 9. 海蘭特系統(tǒng) 10. 采用膨脹機(jī)的其它液化系統(tǒng) 11. 液化系統(tǒng) 12. 各種液化系統(tǒng)的性能比較 13. 用于氖和氫的預(yù)冷林德－漢普遜系統(tǒng) 14. 用于氖或氫的克勞特系統(tǒng) 15. 氦制冷的氫液化系統(tǒng) 16. 考林斯氦液化系統(tǒng) 17. 西蒙氦液化系統(tǒng) 制 冷 原 理 與 技 術(shù) 1. 基本概念 mw ?? /?fm/w ???m/my f ???ymwmw f )/()/( ???? ???() 系統(tǒng)的性能參數(shù) 單位質(zhì)量氣體的壓縮功 單位質(zhì)量氣體液化功 液化率 三者之間的關(guān)系是 : 制 冷 原 理 與 技 術(shù) 循環(huán)效率 FOM(熱力完善度 ): 通常以理想循環(huán)所需的最小功與實(shí)際循環(huán)液化功比值作為評定的標(biāo)準(zhǔn)。 優(yōu)點(diǎn) ? 第一個用于生產(chǎn)液空的液化裝置 ? 系統(tǒng)的性能好 ? 所需壓力降低 缺點(diǎn) ? 系統(tǒng)的每一級循環(huán)都必須完全不漏，以防止流體滲漏 制 冷 原 理 與 技 術(shù) 圖 制 冷 原 理 與 技 術(shù) 7. 克勞特系統(tǒng) 圖 克勞特系統(tǒng) 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)。 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