Основы сжижения воздуха
Азот для синтеза аммиака и других целей получается из воздуха путем его сжижения (глубоким охлаждением) с последующей ректификацией.
Примечание. Всю область низких температур в практике принято делить на умеренный холод (до минус 70 — минус 100° С) и глубокий холод (ниже—100° С). Для охлаждения в области умеренного холода в качестве холодильных агентов применяют обычно вещества с низкими температурами кипения и сравнительно большим значением теплоты испарения (жидкий аммиак, сернистый газ, нефтяные газы и т. п.). При испарении подобных холодильных агентов поглощается большое количество тепла, вследствие чего температура окружающей среды сильно понижается. Схема установки для получения умеренного холода приведена на рисунке 29. Холодильный агент (аммиак и т. п.) сжимается компрессором 1 до 7,5—12 am и через верхний клапан 2 поступает в водяной холодильник 319 где происходит его сгущение в жидкость.
1             Компрессорами называются машины, служащие для сжатия газов и подачи их в сжатом состоянии к месту использования. При сжатии газов на 1ам температура их всегда повышается на 35—40° С. Но газ должен иметь температуру не выше 150—160° С. Поэтому если требуется сжимать газ более чем на 3—4ам, то для этого применяются многоступенчатые компрессоры, в которых сжатый газ после каждой ступени подвергается промежуточному охлаждению.
2             Редукционным вентилем (клапаном) называется такое устройство, которое автоматически перепускает жидкость или газ из полости более высокого давления в полость более низкого давления с поддержанием постоянства давления в одной из этих полостей.
Отсюда жидкий хладоагент при помощи редукционного вентиля 52 передается в змеевик-испаритель 6% где происходит снижение давления и вследствие этого испарение хладоагента. При этом теплота испарения, получаемая в процессе перехода жидкого хладоагента в парообразное состояние, компенсируется запасом тепловой энергии соляного раствора 7, в который помещен испаритель б, вследствие чего этот раствор будет охлаждаться. Испарившийся аммиак снова засасывается компрессором 1 и, таким образом, совершает замкнутый цикл. Охлажденный соляной раствор, так называемый рассол, из холодильника 8 циркулирует по трубам, проложенным внутри помещений, где требуется поддержание низкой температуры, и тем самым поддерживает здесь необходимый температурный режим.
Умеренное охлаждение широко используется в пищевой промышленности, при горных работах и в других отраслях народного хозяйства. в противоточный теплообменник 5, где происходит дальнейшее его охлаждение до температуры, близкой к конденсации сжатого воздуха. После этого сжатый воздух дросселируется вентилем 7 до нормального давления, вследствие чего температура его понижается до температуры конденсации воздуха при нормальном давлении. Расширившийся после прохождения вентиля 7 воздух направляется в теплообменник 5, где он за счет тепла поступающего сюда сжатого воздуха нагревается до температуры 20—25°С и выходит из установки. При установившемся режиме из резервуара в можно отбирать небольшое количество жидкого воздуха.
Практически сжатие воздуха для сжижения его путем дросселирования (без совершения внешней работы) производится до 50—60ам. в четырехступенчатом компрессоре. Под этим давлением воздух сжижается при температуре минус 130—140°С.
При получении глубокого холода с совершением внешней работы применяются более низкие давления сжатого воздуха (порядка БАМ.). Схема такого холодильного цикла в простейшем виде представлена на рисунке 31. Сжатый до 6ам. воздух после охлаждения в водяном холодильнике 2 поступает в регенераторный теплообменник 3, где температура его понижается до — 155 или — 160°С. По выходе из теплообменника большая часть воздуха (около 90— 95%) направляется в турбодетандер 4, где происходит его расширение до 1,5ам.. Совершая в этой машине внешнюю работу, воздух ' здесь охлаждается примерно до — 186° и частично при этом сжижается. Меньшая часть воздуха (около 5—10%), выходящего из теплообменника 3, поступает в междутрубное пространство конденсатора 5, где происходит его сжижение и стекание в сборник 6. В этот сборник подается также расширенный воздух из турбоде-тандера, жидкая часть которого стекает на дно сборника: газообразная же проходит через трубку конденсатора 5, а затем подается в теплообменник 3, охлаждая проходящий сжатый воздух. Из теплообменника воздух выводится из цикла.