6 / 10
В.Л. Бондаренко, А.А. Чигрин, Б.А. Пилипенко, Ю.М. Симоненко
6
Инженерный журнал: наука и инновации
# 8·2017
Окончание табл. 2
Параметр, размерность
Обозна-
чение
Значение
Начальное парциальное
давление Хе, Па
Xe
В
P
100
20
2
0,430
Температура начала
кристаллизации, K
Т
В
110,6
94,1
84,5
79,1
Парциальное давление
Хе на выходе, Па
Xe
С
P
10,000
0,254
0,254
0,00835
Концентрация Xe
на выходе, %
у
С
Хе
0,01
1,27
⋅
10
–3
1,27
⋅
10
–3
1,94
⋅
10
–4
Доля Xe, теряемого
в составе выходящего
потока, %
Xe
Xe
C
B
Р
Р
γ ≈
10
1,27
12,7
1,94
Анализ данных, приведенных в табл. 2, показывает, что в случае из-
влечения ксенона из малопродуктивных смесей (
у
А
Хе
= у
В
Хе
< 0,01 %)
уровень температур
T
N
= Т
С
= 77,4 K недостаточен для обеспечения
приемлемого уровня потерь. За счет вакуумирования кипящего азота и
перехода к пониженным температурам охлаждения доля ксенона, теря-
емого в составе выходящего потока (
γ
), уменьшается в несколько раз.
Однако при угрозе конденсации низкокипящего компонента (О
2
) пара-
метры охлаждения и давление смеси следует выбирать таким образом,
чтобы не допустить ожижения (О
2
) в вымораживателе (см. табл. 2, стро-
ки 2, 4,). Важно учитывать, что при вынужденном понижении давления
смеси
Р
Σ
для уменьшения парциального давления кислорода увели-
чивается доля потерь
γ
.
Наряду с рассмотренным примером, процесс вымораживания при-
меняется при разделении неон-гелиевой смеси и очистке гелия. Для по-
лучения гелия чистотой 99,995 % при
P
Σ
= 2
⋅
10
5
Па необходима темпе-
ратура
Т
С
= 13 K (рис. 3,
а
). При глубокой очистке технического (низко-
сортного) гелия, поставляемого из месторождений природного газа [7,
8], содержание водорода требуется снизить на три порядка в целях
получения продукта высокой чистоты. Для криогенного обеспечения
очистки гелия от водорода и неона методом вымораживания можно
использовать гелиевые рефрижераторы или двухступенчатые газовые
криогенные машины с циркуляционным контуром.
Во многих установках для переработки газовых концентратов
вымораживатели используются для поглощения высококипящих
примесей (рис. 3,
б
). При этом в качестве хладагента применяют
пар
û
азота с температурой
Т
= 100…150 K. Такой прием позволяет
практически полностью удалить из смеси влагу и диоксид углерода,
которые могут отрицательно повлиять на работоспособность низко-
температурных сепараторов.