目前適用于實(shí)驗(yàn)室用小型氖氣液化方法主要有液氮預(yù)冷后節(jié)流液化以及制冷機(jī)提供冷量直接液化,基于Aspen HYSYS軟件針對上述兩種液化工藝流程進(jìn)行了仿真計(jì)算,分析了進(jìn)氣壓力和預(yù)冷溫度對節(jié)流后氖的干度及進(jìn)氣壓力和制冷量對制冷機(jī)做冷源時(shí)氖液化量的影響規(guī)律。結(jié)果表明,隨著進(jìn)氣壓力從20×105Pa增大到200×105Pa,節(jié)流前能夠使氖氣液化的最高預(yù)冷溫度從43.6 K增大到68.3 K,且節(jié)流前采取氣體回?zé)峥捎行Ы档皖A(yù)冷溫度。在使用兩級(jí)G-M制冷機(jī)直接液化流程中,一級(jí)冷量預(yù)冷后的氖液化量約為未預(yù)冷時(shí)的3倍。 

【文章來源】：低溫工程. 2020,(05)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：5 頁

【部分圖文】：

進(jìn)氣壓力對節(jié)流前所需預(yù)冷溫度的影響

在節(jié)流液化流程中，由于氖氣的最高轉(zhuǎn)化溫度為250 K，低于室溫，若想要通過等焓膨脹過程獲得溫度的降低，必須先預(yù)冷到最高轉(zhuǎn)化溫度以下[6]。圖1為氖氣經(jīng)液氮預(yù)冷后的節(jié)流液化流程示意圖，典型的氖氣液化流程如圖1a所示[2,7]，室溫的高壓氖氣在換熱器中與液氮初步換熱降溫，將溫度預(yù)冷至最高轉(zhuǎn)換溫度以下，然后初步預(yù)冷后的氖氣與液氖儲(chǔ)罐中蒸發(fā)出的低溫氖氣進(jìn)行回?zé)釗Q熱，兩次預(yù)冷后的高壓氖氣經(jīng)節(jié)流閥進(jìn)行膨脹降溫，成功將其溫度降低至沸點(diǎn)溫度，液氖進(jìn)入儲(chǔ)罐中儲(chǔ)存。使用Aspen HYSYS軟件對圖1中的節(jié)流液化流程進(jìn)行了數(shù)值模擬。進(jìn)氣壓力90×105Pa的氖氣從溫度300 K經(jīng)減壓液氮預(yù)冷后節(jié)流液化流程的溫熵T-S曲線，如圖2所示，圖中各狀態(tài)點(diǎn)對應(yīng)的溫度及熵值列于表1中。圖2中1-2-3節(jié)流前有回?zé)徇^程展示出預(yù)冷和節(jié)流過程中氖氣溫度和熵的變化情況，從表1中可以看出，氖氣從點(diǎn)1(進(jìn)氣溫度300 K、進(jìn)氣壓力90×105Pa)經(jīng)減壓液氮預(yù)冷和回?zé)犷A(yù)冷后到達(dá)點(diǎn)2，此時(shí)氖氣溫度為45 K，經(jīng)節(jié)流閥后壓力降至1×105Pa，其溫度降為27.01 K，此時(shí)點(diǎn)3處于氣液混合狀態(tài)。然而，若液化流程中氖氣經(jīng)減壓液氮預(yù)冷后未進(jìn)行回?zé)�，如圖1b所示，溫度從點(diǎn)1預(yù)冷至點(diǎn)2"，即65 K，由此狀態(tài)直接節(jié)流至1×105Pa后其狀態(tài)處于點(diǎn)3"。由圖2可見，氖氣如果在節(jié)流前未達(dá)到指定預(yù)冷溫度，節(jié)流后仍為氣態(tài)，無法成功液化。

使用Aspen HYSYS軟件對圖1中的節(jié)流液化流程進(jìn)行了數(shù)值模擬。進(jìn)氣壓力90×105Pa的氖氣從溫度300 K經(jīng)減壓液氮預(yù)冷后節(jié)流液化流程的溫熵T-S曲線，如圖2所示，圖中各狀態(tài)點(diǎn)對應(yīng)的溫度及熵值列于表1中。圖2中1-2-3節(jié)流前有回?zé)徇^程展示出預(yù)冷和節(jié)流過程中氖氣溫度和熵的變化情況，從表1中可以看出，氖氣從點(diǎn)1(進(jìn)氣溫度300 K、進(jìn)氣壓力90×105Pa)經(jīng)減壓液氮預(yù)冷和回?zé)犷A(yù)冷后到達(dá)點(diǎn)2，此時(shí)氖氣溫度為45 K，經(jīng)節(jié)流閥后壓力降至1×105Pa，其溫度降為27.01 K，此時(shí)點(diǎn)3處于氣液混合狀態(tài)。然而，若液化流程中氖氣經(jīng)減壓液氮預(yù)冷后未進(jìn)行回?zé)�，如圖1b所示，溫度從點(diǎn)1預(yù)冷至點(diǎn)2"，即65 K，由此狀態(tài)直接節(jié)流至1×105Pa后其狀態(tài)處于點(diǎn)3"。由圖2可見，氖氣如果在節(jié)流前未達(dá)到指定預(yù)冷溫度，節(jié)流后仍為氣態(tài)，無法成功液化。不同的進(jìn)氣壓力對節(jié)流前所需預(yù)冷溫度的影響如圖3所示，隨著進(jìn)氣壓力從20×105Pa增大到200×105Pa，使氖氣液化的節(jié)流前最高預(yù)冷溫度從43.6 K增大到68.3 K。說明隨著進(jìn)氣壓力減小，節(jié)流前的預(yù)冷溫度也要隨之降低。氖液化所需的進(jìn)氣壓力和預(yù)冷溫度范圍，如圖3中陰影部分所示，圖3表明當(dāng)進(jìn)氣壓力小于150×105Pa時(shí)，通過減壓液氮預(yù)冷的方式最低只能將氖氣預(yù)冷至65 K，此預(yù)冷溫度不能使節(jié)流至1×105Pa的氖氣液化，因此，利用節(jié)流后未液化氖氣的冷量，將液氮預(yù)冷后的氖氣溫度進(jìn)一步降低，可提高氖的液化量。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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本文編號(hào)：3523808