深低溫設(shè)備

在自然界和工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，存在和產(chǎn)生著供低溫設(shè)備加工的原料氣，其中大部分是多組分的氣體。按照原料氣組分、工作過(guò)程和所獲得產(chǎn)品狀態(tài)的不同，深低溫設(shè)備可分為氣體分離設(shè)備、氣體液化設(shè)備和回?zé)崾綒怏w制冷機(jī)。

氣體分離設(shè)備 從多組分原料氣中分離出單組分的氣態(tài)產(chǎn)品和液態(tài)產(chǎn)品的深低溫設(shè)備。就產(chǎn)品而言，它以分離氣態(tài)產(chǎn)品為主;就使用的設(shè)備數(shù)量而言，以空氣分離設(shè)備為多，在中國(guó)空氣分離設(shè)備約占深低溫設(shè)備數(shù)的90%以上。

氣體液化設(shè)備 通過(guò)制冷循環(huán)把天然氣或純氣體如氧、氮、氫、氖和氦等分別冷卻和冷凝成液態(tài)產(chǎn)品的深低溫設(shè)備。

回?zé)崾綒怏w制冷機(jī) 以氦氣或氫氣為工質(zhì)，在封閉系統(tǒng)中應(yīng)用回?zé)嵩韺?shí)現(xiàn)氣體制冷循環(huán)以獲得低溫和冷量的機(jī)械。

深低溫設(shè)備均為成套的設(shè)備，一般由原料氣的過(guò)濾器、清洗塔、壓縮機(jī)、冷卻器、換熱器、凈化設(shè)備、膨脹機(jī)、液化器、深低溫精餾塔和產(chǎn)品的輸送、貯存設(shè)備，以及為運(yùn)轉(zhuǎn)服務(wù)的儀表和電器控制器、停車(chē)加溫系統(tǒng)等設(shè)備組成。

對(duì)深低溫設(shè)備的材料有特殊的要求，不能使用脆性材料。常用的材料有銅、防銹鋁和奧氏體不銹鋼等。深低溫液化氣體貯槽或氫、氦液化設(shè)備因所處的溫度水平極低，須選用導(dǎo)熱性差的材料如德國(guó)銀等，并采取防止輻射熱侵入的措施以減少冷損失。

常用的原料氣分離原理有深低溫精餾、深低溫分凝和深低溫吸附三種。

深低溫是指遠(yuǎn)低于普通制冷工程所達(dá)到和應(yīng)用的溫度，其范圍一般為120K到接近絕對(duì)零度。深低溫設(shè)備的用途很廣，例如氧液化設(shè)備和氫液化設(shè)備能生產(chǎn)液氧和液氫，可作為火箭的推進(jìn)劑;氦液化設(shè)備可生產(chǎn)液氦，用于研究超導(dǎo)材料、超導(dǎo)電技術(shù)、空間技術(shù)等;又如用深低溫天然氣分離設(shè)備可將原料氣分離，生產(chǎn)出乙烷、乙烯等輕烴化工原料;深低溫空氣分離設(shè)備可生產(chǎn)氧氣和氮?dú)?。供冶煉鋼鐵、制造合成氨等之用等等。

產(chǎn)生和維持深低溫，使原料氣液化或分離并提純其組分的設(shè)備，又稱(chēng)深度冷凍設(shè)備。深低溫是指遠(yuǎn)低于普通制冷工程所達(dá)到和應(yīng)用的溫度，其范圍一般為120K到接近絕對(duì)零度。深低溫設(shè)備的用途很廣。例如，氧液化設(shè)備和氫液化設(shè)備能生產(chǎn)液氧和液氫，作為火箭的推進(jìn)劑;氦液化設(shè)備可生產(chǎn)液氦，用于研究超導(dǎo)材料、超導(dǎo)電技術(shù)、空間技術(shù)等。又如用天然氣分離設(shè)備將原料氣分離，可生產(chǎn)乙烷、乙烯等輕烴化工原料;空氣分離設(shè)備可生產(chǎn)氧氣和氮?dú)?，供冶煉鋼鐵、制造合成氨等之用。20世紀(jì)70~80年代，空氣分離設(shè)備在煤的氣化、污水處理、紙漿漂白、石油蛋白的發(fā)酵和集成電路板生產(chǎn)等新領(lǐng)域得到了應(yīng)用和推廣。

1903年出現(xiàn)了第一臺(tái)商品制氧機(jī);1908年,荷蘭的卡默林·昂內(nèi)斯將液氫預(yù)冷氦氣，并在絕熱條件下等焓膨脹，將溫度降到4.2K以下，而獲得液氦;1965年，蘇聯(lián)的涅加諾夫等人發(fā)明稀釋制冷機(jī)，使溫度達(dá)到0.025K;70年代以來(lái)，人們應(yīng)用退磁制冷技術(shù)，使設(shè)備致冷溫度進(jìn)一步降低。

氣體液化 氣體液化是根據(jù)液化循環(huán)，組織液化設(shè)備實(shí)現(xiàn)的。主要的液化循環(huán)有林德液化循環(huán)和克勞德液化循環(huán)。

① 林德液化循環(huán):利用節(jié)流閥的節(jié)流效應(yīng)使原料氣液化的循環(huán)(圖1)。常壓p1、常溫T1的原料氣在壓縮機(jī)中等溫壓縮由狀態(tài)1到狀態(tài)2，相應(yīng)的壓力為p2，經(jīng)換熱器降溫到狀態(tài)3,然后通過(guò)節(jié)流閥降壓，等焓膨脹到 狀態(tài)4。這時(shí),部分氣體就轉(zhuǎn)變成液體，從貯液器排出;未液化的部分氣體在換熱器中復(fù)熱至狀態(tài)1，從而形成一個(gè)熱力循環(huán)。

② 克勞德液化循環(huán):利用等熵膨脹和等焓膨脹結(jié)合制冷來(lái)使原料氣液化的循環(huán)(圖2)。常壓p1、常溫T1的原料氣在壓縮機(jī)中等溫壓縮由狀態(tài)1到狀態(tài)2，相應(yīng)的壓力為p2,經(jīng)換熱器E1降溫到狀態(tài)3。此后氣體分為兩部分,一部分氣體繼續(xù)經(jīng)換熱器E2、E3，降溫到狀態(tài)4、5,再通過(guò)節(jié)流閥等焓膨脹到狀態(tài)6。這時(shí),部分氣體轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w從貯液器排出;未液化的部分氣體在換熱器E3中復(fù)熱至狀態(tài)8，再匯合另一部分在膨脹機(jī)中等熵膨脹至狀態(tài)8的氣體，最后在換熱器E2、E1中復(fù)熱至狀態(tài)1,從而形成一個(gè)熱力循環(huán)。其他尚有在此基礎(chǔ)上發(fā) 展的液化循環(huán)，如帶附加制冷循環(huán)(如帶氨或液氮或其他冷源的預(yù)冷循環(huán))的節(jié)流液化循環(huán)或等熵膨脹液化循環(huán)，帶外加制冷循環(huán)(如外加氮制冷循環(huán))等熵膨脹的液化循環(huán)、回?zé)崾綒怏w制冷循環(huán)(見(jiàn)制冷機(jī)循環(huán))和多級(jí)等熵膨脹的液化循環(huán)等。

以上各種循環(huán)均為理想循環(huán)。但在實(shí)際應(yīng)用中，壓縮機(jī)的壓縮過(guò)程不是等溫過(guò)程，換熱器有復(fù)熱不足和外熱侵入的冷量損失,膨脹機(jī)有絕熱損失和機(jī)械損失等,因此在實(shí)際制冷流程中需要采取補(bǔ)償措施，以求流程的熱量平衡。

氣體分離 常用的原料氣分離原理有深低溫精餾、深低溫分凝和深低溫吸附3種。①深低溫精餾:先將原料氣液化，然后再按各組分冷凝(蒸發(fā))溫度的不同，應(yīng)用精餾原理分離出各組分。分離的過(guò)程是在深低溫精餾塔中實(shí)現(xiàn)的。這種方法適用于被分離組分的冷凝溫度相近的原料氣,如從空氣中分離氧和氮。②深低溫分凝:利用原料氣中各組分冷凝溫度的差異，在換熱器中降低原料氣的溫度，由高到低逐個(gè)組分進(jìn)行液化，并在分離器中將液體分離。這種方法適用于被分離組分的冷凝溫度相距較遠(yuǎn)的原料氣如焦?fàn)t氣的分離。③深低溫吸附:利用多孔性的固體吸附劑具有選擇吸附的特性，在深低溫下吸附某些雜質(zhì)組分，以獲得純凈的產(chǎn)品。如利用分子篩吸附器在液態(tài)空氣溫度下從粗氬中吸附氧和氮，以獲得精氬。

根據(jù)工藝的需要，有時(shí)單獨(dú)使用一種原理，有時(shí)幾種原理同時(shí)并用。

深低溫精餾是先將原料氣液化，然后再按各組分冷凝(蒸發(fā))溫度的不同，應(yīng)用精餾原理分離出各組分，分離過(guò)程是在深低溫精餾塔中實(shí)現(xiàn)的。這種方法適用于被分離組分冷凝溫度相近的原料氣，如從空氣中分離氧和氮。

深低溫分凝是利用原料氣中各組分冷凝溫度的差異，在換熱器中降低原料氣的溫度，由高到低逐個(gè)組分進(jìn)行液化，并在分離器中將液體分離。這種方法適用于被分離組分的冷凝溫度相距較遠(yuǎn)的原料氣，如焦?fàn)t氣的分離。

深低溫吸附是利用多孔性的固體吸附劑具有選擇吸附的特性，在深低溫下吸附某些雜質(zhì)組分，以獲得純凈的產(chǎn)品的方法。如利用分子篩吸附器在液態(tài)空氣下從粗氬中吸附氧和氮，以獲得精氬等。根據(jù)工藝的需要，有時(shí)單獨(dú)使用一種原理，有時(shí)幾種原理同時(shí)并用。

低溫設(shè)備箱體采用數(shù)控機(jī)床加工成型，造型美觀大方，并采用無(wú)反作用把手，操作簡(jiǎn)便。 箱體內(nèi)膽采用進(jìn)口高級(jí)不銹鋼(SUS304)鏡面板，箱體外膽采用A3鋼板噴塑，增加了外觀質(zhì)感和潔凈度。

大型觀測(cè)視窗附照明燈保持箱內(nèi)明亮，且利用發(fā)熱體內(nèi)嵌式鋼化玻璃，隨時(shí)清晰的觀測(cè)箱內(nèi)狀況。配直徑50mm的測(cè)試孔，可供外接測(cè)試電源線(xiàn)或信號(hào)線(xiàn)使用