氖气液化工艺参数优化分析
发布时间：2021-11-28 05:34
目前适用于实验室用小型氖气液化方法主要有液氮预冷后节流液化以及制冷机提供冷量直接液化,基于Aspen HYSYS软件针对上述两种液化工艺流程进行了仿真计算,分析了进气压力和预冷温度对节流后氖的干度及进气压力和制冷量对制冷机做冷源时氖液化量的影响规律。结果表明,随着进气压力从20×105Pa增大到200×105Pa,节流前能够使氖气液化的最高预冷温度从43.6 K增大到68.3 K,且节流前采取气体回热可有效降低预冷温度。在使用两级G-M制冷机直接液化流程中,一级冷量预冷后的氖液化量约为未预冷时的3倍。
【文章来源】：低温工程. 2020,(05)北大核心CSCD
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
进气压力对节流前所需预冷温度的影响
在节流液化流程中，由于氖气的最高转化温度为250 K，低于室温，若想要通过等焓膨胀过程获得温度的降低，必须先预冷到最高转化温度以下[6]。图1为氖气经液氮预冷后的节流液化流程示意图，典型的氖气液化流程如图1a所示[2,7]，室温的高压氖气在换热器中与液氮初步换热降温，将温度预冷至最高转换温度以下，然后初步预冷后的氖气与液氖储罐中蒸发出的低温氖气进行回热换热，两次预冷后的高压氖气经节流阀进行膨胀降温，成功将其温度降低至沸点温度，液氖进入储罐中储存。使用Aspen HYSYS软件对图1中的节流液化流程进行了数值模拟。进气压力90×105Pa的氖气从温度300 K经减压液氮预冷后节流液化流程的温熵T-S曲线，如图2所示，图中各状态点对应的温度及熵值列于表1中。图2中1-2-3节流前有回热过程展示出预冷和节流过程中氖气温度和熵的变化情况，从表1中可以看出，氖气从点1(进气温度300 K、进气压力90×105Pa)经减压液氮预冷和回热预冷后到达点2，此时氖气温度为45 K，经节流阀后压力降至1×105Pa，其温度降为27.01 K，此时点3处于气液混合状态。然而，若液化流程中氖气经减压液氮预冷后未进行回热，如图1b所示，温度从点1预冷至点2"，即65 K，由此状态直接节流至1×105Pa后其状态处于点3"。由图2可见，氖气如果在节流前未达到指定预冷温度，节流后仍为气态，无法成功液化。
使用Aspen HYSYS软件对图1中的节流液化流程进行了数值模拟。进气压力90×105Pa的氖气从温度300 K经减压液氮预冷后节流液化流程的温熵T-S曲线，如图2所示，图中各状态点对应的温度及熵值列于表1中。图2中1-2-3节流前有回热过程展示出预冷和节流过程中氖气温度和熵的变化情况，从表1中可以看出，氖气从点1(进气温度300 K、进气压力90×105Pa)经减压液氮预冷和回热预冷后到达点2，此时氖气温度为45 K，经节流阀后压力降至1×105Pa，其温度降为27.01 K，此时点3处于气液混合状态。然而，若液化流程中氖气经减压液氮预冷后未进行回热，如图1b所示，温度从点1预冷至点2"，即65 K，由此状态直接节流至1×105Pa后其状态处于点3"。由图2可见，氖气如果在节流前未达到指定预冷温度，节流后仍为气态，无法成功液化。不同的进气压力对节流前所需预冷温度的影响如图3所示，随着进气压力从20×105Pa增大到200×105Pa，使氖气液化的节流前最高预冷温度从43.6 K增大到68.3 K。说明随着进气压力减小，节流前的预冷温度也要随之降低。氖液化所需的进气压力和预冷温度范围，如图3中阴影部分所示，图3表明当进气压力小于150×105Pa时，通过减压液氮预冷的方式最低只能将氖气预冷至65 K，此预冷温度不能使节流至1×105Pa的氖气液化，因此，利用节流后未液化氖气的冷量，将液氮预冷后的氖气温度进一步降低，可提高氖的液化量。
【参考文献】：
期刊论文
[1]浅谈氦氖稀有气体[J]. 张穗华,陈艳珊. 低温与特气. 2019(04)
[2]氢液化技术研究进展及能耗分析[J]. 吕翠,王金阵,朱伟平,伍继浩,李青,龚领会. 低温与超导. 2019(07)
[3]利用液氢设备进行氖气液化生产[J]. 华东技术物理研究所低温组. 深冷简报. 1968(02)
本文编号：3523808
【文章来源】：低温工程. 2020,(05)北大核心CSCD
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
进气压力对节流前所需预冷温度的影响
在节流液化流程中，由于氖气的最高转化温度为250 K，低于室温，若想要通过等焓膨胀过程获得温度的降低，必须先预冷到最高转化温度以下[6]。图1为氖气经液氮预冷后的节流液化流程示意图，典型的氖气液化流程如图1a所示[2,7]，室温的高压氖气在换热器中与液氮初步换热降温，将温度预冷至最高转换温度以下，然后初步预冷后的氖气与液氖储罐中蒸发出的低温氖气进行回热换热，两次预冷后的高压氖气经节流阀进行膨胀降温，成功将其温度降低至沸点温度，液氖进入储罐中储存。使用Aspen HYSYS软件对图1中的节流液化流程进行了数值模拟。进气压力90×105Pa的氖气从温度300 K经减压液氮预冷后节流液化流程的温熵T-S曲线，如图2所示，图中各状态点对应的温度及熵值列于表1中。图2中1-2-3节流前有回热过程展示出预冷和节流过程中氖气温度和熵的变化情况，从表1中可以看出，氖气从点1(进气温度300 K、进气压力90×105Pa)经减压液氮预冷和回热预冷后到达点2，此时氖气温度为45 K，经节流阀后压力降至1×105Pa，其温度降为27.01 K，此时点3处于气液混合状态。然而，若液化流程中氖气经减压液氮预冷后未进行回热，如图1b所示，温度从点1预冷至点2"，即65 K，由此状态直接节流至1×105Pa后其状态处于点3"。由图2可见，氖气如果在节流前未达到指定预冷温度，节流后仍为气态，无法成功液化。
使用Aspen HYSYS软件对图1中的节流液化流程进行了数值模拟。进气压力90×105Pa的氖气从温度300 K经减压液氮预冷后节流液化流程的温熵T-S曲线，如图2所示，图中各状态点对应的温度及熵值列于表1中。图2中1-2-3节流前有回热过程展示出预冷和节流过程中氖气温度和熵的变化情况，从表1中可以看出，氖气从点1(进气温度300 K、进气压力90×105Pa)经减压液氮预冷和回热预冷后到达点2，此时氖气温度为45 K，经节流阀后压力降至1×105Pa，其温度降为27.01 K，此时点3处于气液混合状态。然而，若液化流程中氖气经减压液氮预冷后未进行回热，如图1b所示，温度从点1预冷至点2"，即65 K，由此状态直接节流至1×105Pa后其状态处于点3"。由图2可见，氖气如果在节流前未达到指定预冷温度，节流后仍为气态，无法成功液化。不同的进气压力对节流前所需预冷温度的影响如图3所示，随着进气压力从20×105Pa增大到200×105Pa，使氖气液化的节流前最高预冷温度从43.6 K增大到68.3 K。说明随着进气压力减小，节流前的预冷温度也要随之降低。氖液化所需的进气压力和预冷温度范围，如图3中阴影部分所示，图3表明当进气压力小于150×105Pa时，通过减压液氮预冷的方式最低只能将氖气预冷至65 K，此预冷温度不能使节流至1×105Pa的氖气液化，因此，利用节流后未液化氖气的冷量，将液氮预冷后的氖气温度进一步降低，可提高氖的液化量。
【参考文献】：
期刊论文
[1]浅谈氦氖稀有气体[J]. 张穗华,陈艳珊. 低温与特气. 2019(04)
[2]氢液化技术研究进展及能耗分析[J]. 吕翠,王金阵,朱伟平,伍继浩,李青,龚领会. 低温与超导. 2019(07)
[3]利用液氢设备进行氖气液化生产[J]. 华东技术物理研究所低温组. 深冷简报. 1968(02)
本文编号：3523808
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