Ступень с расширением потока в детандере

На рис. 20, а дана схема ступени, на рис. 20, б показан процесс в диаграмме Т - s. В данном случае реализуется внутренний процесс охлаждения расширением в детандере части основного потока рабочего вещества.

а)	б)
Рис. 20. Процесс охлаждения в ступени с расширением потока в детандере: а) схема; б) диаграмма T-s

Прямой поток G_i + D_i поступает в ступень при температуре Т₂ с давлением р₂. Этот поток охлаждается в теплообменнике T1 в интервале температур от Т₂ до Т₃, затем часть его D_i идет в детандер Д, где расширяется до давления р₁ обратного потока; при этом его температура понижается до T_5’.

В идеальном детандере процесс расширения - изоэнтропный с совершением внешней работы (s=const), разность энтальпии - h_is. В действительности КПД детандера h_is < 1, и изменение энтальпии при расширении в детандере составит h_ish_is = i₃ – i_5’.

Остальное количество G_i рабочего вещества проходит теплообменник Т2, где охлаждается обратным потоком и покидает ступень при температуре T₄. Обратный поток G_i – х входит в ступень при температуре T_5’ и смешивается с потоком D_i. Далее весь поток (общее количество газа G_i + D_i – х)проходит теплообменники Т2 и T1, где подогревается до температуры Т_1’ и выходит из ступени. Неполнота рекуперации и приток теплоты, как и в предыдущем случае, обозначены ∆ T и q_c. Для определения количества расширяющегося потока D_i и его холодопроизводительности q_д составим уравнение энергетического баланса:

(G_i + D_i) i₂ + (G_i - x)i_5’ + G_iq_c = G_ii₄ + (G_i + D_i-x)i_1’ + D_il_Д,(68)

где работа при расширении газа в детандере по формуле:

l_Д = h_ish_is = i₃ — i₅^, _.

Используя соотношения (65) и (66) и преобразуя уравнение энергетического баланса (68), получим:

q_Д=D_i (h_ish_is + ∆i_T1 — c_р ∆T₁)= x (i_1’ – i_5’+

+G_i ((∆i_T5 - ∆i_T1) + c_p (∆T₁ - ∆T₅) +q_c). (69)

Правая часть этого уравнения определяет затраты холода на данной ступени, а левая - необходимую холодопроизводительность q_д. Холодопроизводительность реализуется при расширении потока D_i и определяется изменением энтальпии в детандере h_ish_is, а также изотермическим эффектом дросселирования ∆i_T1.

Из суммарного эффекта охлаждения исключают потери из-за неполноты рекуперации с_р ∆T₁.

Дата добавления: 2015-07-24