2 / 10
В.Л. Бондаренко, А.А. Чигрин, Б.А. Пилипенко, Ю.М. Симоненко
2
Инженерный журнал: наука и инновации
# 8·2017
бинарных смесей низкокипящий компонент получают в чистом виде.
Понижение температуры, повышение давления, а также концентра-
ции высококипящего компонента способствуют активизации процес-
са его поглощения.
Наряду с множеством сходных свойств рассматриваемые процес-
сы имеют и существенные различия.
Адсорбция в той или иной степени затрагивает все компоненты
смеси в широком интервале температуры и давления. Выморажива-
ние характерно только для избранных компонентов при появлении
условий для их фазового перехода, именуемых состоянием насыще-
ния. Их жестко определяют температура и парциальное давление
каждого компонента смеси.
Для извлечения намороженного вещества достаточно повысить
температуру до определенного уровня, и начнется сублимация про-
дукта или его переход в жидкую фазу, легко извлекаемую из аппара-
та под действием гравитации. Важным эксплуатационным преиму-
ществом вымораживателей является относительно узкий интервал
между температурами поглощения и сублимации. Даже при умерен-
ном нагреве извлекаемое вещество полностью покидает объем аппа-
рата, за исключением «мертвого» объема канала. Это существенно
уменьшает удельные затраты на криогенное обеспечение по сравне-
нию с процессами адсорбции-десорбции. В отличие от адсорбера,
требующего для регенерации сброс давления или переход в вакуум,
вымораживатели могут выдавать сублимируемый продукт с повы-
шенным давлением.
Пример использования азота, кипящего при атмосферном давле-
нии (
Т
С
= 77,4 K), представлен на рис. 1.
(
Процесс вымораживания
ксенона из потока смеси обозначен на рис. 1 и 2 в виде снежинок.)
Жидкий азот — относительно доступный хладагент — применен
в этом случае в качестве охлаждающей среды. Разделяемая смесь,
например N
2
–Xe, с начальной температурой
Т
А
и концентрацией
у
А
охлаждается в теплообменнике
1
до состояния
Т
В
. При этих условиях,
регламентируемых давлением смеси и концентрацией, наступает состо-
яние насыщения потока ксеноном. В точке
В
начинается его переход в
твердое состояние и задержка на стенках канала
2
, охлаждаемого с по-
мощью азотной ванны
3
. С параметрами
Т
С
и концентрацией
у
С
поток
отогревается в рекуперативном теплообменнике
1
.
Температура на выходе из аппарата
Т
С
является важнейшим экс-
плуатационным параметром рассматриваемого процесса. Она опре-
деляет состав компонентов на выходе из канала
2
и уровень потерь
намораживаемого продукта
4
. Однако при малых концентрациях по-
глощаемого вещества практикуют понижение температуры
Т
С
→
66 K
путем вакуумирования паров N
2
в охлаждающей ванне
3
.