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空分设备如何让空气液化

为使空气液化,先要获得低温,工业下常用两种方法,即空气通过节流阀或膨胀机的膨胀制冷获得低温,甚至液化。这两种方法是以气体的膨胀为基础,已应用在气体的分离和液化技术以及气体制冷机中。

空气液化设备

节流效应

通常把高压流体流经管道中的小孔后压力显著降低的过程称为节流。节流径越小,则局部力越大,节流前后的压力变化也越大。反之,就越小。在实际工作中,为了便于调节,通常用节流阀代替固定的节流孔。

气体在节流时,既无能量输出,也无能量输入,所以气体节流前后的能量保持不变,即节流前后的焓值相等。这是节流过程的基本特点,因此节流过程可看作是近似的绝热过程。实际气体的焓值是温度和压力的函数,所以实际气体节流后的温度是发生变化的,这种现象称做焦耳汤姆逊效应。

空气液化工艺

膨胀效应

高压气体等熵膨胀时向外输出机械功,这样消耗了大量的气体内能(焓值减小)。另外,还由于膨胀时气体体积增大,分子距离也要增大,但是分子间有吸引力,为了克服分子间的吸引力又要消耗气体分了的一些动能 (动能减小)。这样气体分子的内能和动能在等膨胀时大量消耗,从而降低了气体温度。所以等膨胀后,气体温度总是下降的。

节流膨胀比较

气体等熵膨胀,无论从温度效应及制冷量来看,比节流有效得多。除此之外,等熵膨胀还可以回收膨胀功,因而可提高循环的经济性。在实用方面,节流过程用节流阀,结构比较简单,也便于调节;而等熵膨胀则用膨胀机,结构复杂,且膨胀机存在效率问题,不可能实现等熵膨胀过程。

因而能得到的温度效应及制冷量比理论值要小,这就使等膨胀过程的优点有所减弱。节流阀可以在气液两相区工作,即节流阀出门可以允许有很大的带液量,但带液的两相膨胀机的带液量不能太大。因此,节流和等膨胀的这两个过程,在空分设备中都有应用,空气液化的选择,将依具体条件而定。

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