УДК 542.943.5
Ю. В. Н и к и ф о р о в, С. Д. Г л у х о в,
А. А. К а з а к о в а
ПОЛУЧЕНИЕ ЖИДКОГО АЗОТА
С ПОМОЩЬЮ АДСОРБЦИОННОЙ
ВОЗДУХОРАЗДЕЛИТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ
И КРИОГЕННОЙ ГАЗОВОЙ МАШИНЫ
Предложена новая технологическая схема установки для получения
жидкого азота. Установка состоит из адсорбционной воздухораз-
делительной установки для получения газообразного азота и ма-
шины “Филипс” и позволяет снизить на удельные энергозатраты
на единицу получаемого продукта по сравнению с установкой, со-
стоящей из машины “Филипс” и азотной колонны. Предлагаемая
схема может быть использована и для получения жидкого кислоро-
да, если адсорбционную воздухоразделительную установку АВРУ-А
заменить на АВРУ-К.
E-mail:
crio@power.bmstu.ru;
2367817@mail.ru
Ключевые слова
:
азот, машина “Филипс”, азотная колонна, холодильный коэф-
фициент, цикл Стирлинга, адсорбция, воздухоразделительная установка.
После распада СССР резко сократилось число работающих воз-
духоразделительных установок (ВРУ) малой производительности для
получения жидкого азота, хотя спрос на жидкий азот в ограниченных
количествах сохранился. В настоящей статье рассматривается один из
вариантов решения данного вопроса.
Известен способ получения жидкого азота в небольших количе-
ствах (50. . . 60 дм
3
/
ч) с помощью ВРУ типа АЖ-0,05 [1, 2], включа-
ющей в себя криогенную газовую машину (КГМ), работающую по
обратному циклу Стирлинга (холодопроизводительностью 9 000 Вт
при
Т
= 77
K), и азотную колонну. Известно [3–5], что оптимальная
область температур охлаждения подобной КГМ, реализованной впер-
вые фирмой “Филипс”, находится в диапазоне температур от 100 до
160
K (рис. 1). Следует отметить, что в установке Аж-0,05 на головке
КГМ конденсируется азот высокой чистоты (99,5. . . 99,8% N
2
)
при
температуре, близкой к 77 K, образуя азотную флегму для колонны
ректификации и продукционный поток азота. При этом отношение
холодильных коэффициентов (реального цикла и цикла Карно) равно
0,3,
а удельные затраты энергии — 2,1 кВт
∙
ч/кг
N
ж
2
.
Из анализа соста-
вляющих холодопроизводительности КГМ (Аж-0,05) [1, 2] следует,
что непосредственно на сжижение продукционного азота расходуется
73%
холодопроизводительности КГМ, т.е. 6,6 из 9 кВт. Остальное
расходуется на компенсацию теплопритоков из окружающей среды,
потери с отбросным кислородом, потери в колонне и вымораживание
влаги (при производительности по жидкому азоту 55 кг/ч).
202
ISSN 0236-3941. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. “Машиностроение”. 2012