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热端温差对热交换不完全损失有多大影响?

热端温差对热交换不完全损失有多大影响?

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热端温差对热交换不完全损失有多大影响?
    答:热交换不完全冷损是返流低温气体在出主热交换器的热端时,不能复热到正流空气进热交换器的温度而引起的。因此,返流气体与正流空气换热器的热端温差越大,说明复热越不足,未被利用的冷量越多,热交换不完全冷损失就越大。因此,热交换不完全冷损失Q2与热端温差成正比。
    返流低温气体由已被分离成产品氧、产品氮及污氮等几股气体组成。它们与正流空气在热端的温差不完全相同,流量及比热容也不同,在计算热交换不完全损失时,应分别计算后再相加,得出总的热交换不完全损失。由于污氮量最大,它的热端温差对热交换不完全损失的影响也最大。
    如果各股返流气体的热端温差均相等,它们的气量之和又等于正流空气量。这时,不同的热端温差所产生的热交换不完全损失的大小如表15所示。
    表15热端温差对热交换不完全损失的影响
热端温差/℃ 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0
每1m3加工空气的热交换不完全损失/kJ·m-3 2.617 3.927 5.234 6.531 7.838 9.144
 
    由表可见,热端温差扩大1℃,热交换不完全损失将增大1.31kJ/m3,这将使装置的总冷损增加10%以上。因此,尽可能缩小热端温差对减小装置的总冷损有很大的意义。尤其是当发现热端温差扩大,超过规定值时,应注意寻找原因,采取相应的措施。
空分设备产生的制冷量消耗在什么地方?
    答:空分设备在启动阶段,冷量首先用来冷却装置,降低温度,产生液态空气,在塔内积累起精馏所需的液体。待内部温度、液面等工况达到正常后,所需的冷量比启动阶段大为减少,主要是为了保持塔内正常的工况。这时,设备处于低温状态,外部必然有热量不断传入,在换热器的热端必然存在传热温差。产生的冷量首先要弥补跑冷和热交换不完全这两项冷损,以保持工况的稳定。当装置有少量的低温泄漏或存在其他冷损时,则所需的冷量增加。此外,当装置生产的部分液态产品输出装置时,低温产品所带出的冷量Q0,也需要生产更多的冷量来弥补。因此,空分设备生产的制冷量Q与各项冷量损失及冷量消耗保持相等,才能维持工况稳定,这叫“冷量平衡”。即
    Q=Q2+Q3+Q1+Q0
    如果冷量消耗大于制冷量,则为“冷量不足”;冷量消耗小于制冷量,则为“冷量过剩”。这两种情况均会破坏冷量平衡,反映在液氧面下降或液氧面上升。这时,均需对制冷量做相应的调整,以便在新的基础上达到新的平衡。
什么叫冷量损失,冷量损失分哪几种?
    答:比环境温度低的物质所具有的吸收热量的能力。这种低温的获得是花费了一定的代价——压缩气体消耗功,将气体压缩后再进行膨胀获得的。如果这部分冷量未能加以回收利用,则称为冷量损失。它包括以下几方面:
    1)热交换不完全损失Q2(或q2)。低温气体的冷量是通过装置内的各个换热器加以回收的。在理想情况下,低温返流气体在离开装置时,应该复热到与正流气体进装置时的温度相等。即热端温差达到零,冷量才能全部加以回收。但是,热量只能从高温物体传给低温物体。在换热器内实现从高温物质向低温物质传递热量,必定存在温差。在热端的温差△t反映了出装置的低温气体温度低于进装置的空气温度,即冷量不可能得到充分回收,该冷量损失叫“热交换不完全损失”。它与该温差的大小成正比。
    2)跑冷损失Q3(或q3)。空分设备内部均处于低温状态,虽然在保冷箱内充填有绝热材料,由于外部的环境温度高于内部温度,或多或少会有热量传到内部。外部传入的热量,实际上就是使低温气体的同样数量的冷量没有得到充分利用。因为外部传入热量,会造成低温气体温度升高。如果要使内部温度维持稳定,就要设法将传入的热量带出装置,即要消耗同样数量的冷量,这称为“跑冷损失”。
    3)其他冷损失Q1(或q1)。除上述两种冷损外,在对低温吸附器进行再生和预冷时,在排放液体时,或当装置、阀门发生泄漏时,都需要额外消耗一部分冷量,或损失掉一部分低温液体(或气体)的冷量。这些冷损属于其他冷损之范围。
空分设备的节流效应制冷量是否只有通过节流阀的那部分气体(或液体)才产生?
    答:在空分设备中,制冷量包括膨胀机制冷量和节流效应制冷量两部分。中压空分设备的膨胀空气进下塔液化后,还要通过液体节流进上塔,而低压空分设备的膨胀空气不再通过节流阀。那么,是否只有通过节流阀的那部分气体(或液体)才产生节流效应制冷量呢?实际上并非如此。 
    节流效应制冷量是由于压力降低,体积膨胀,分子相互作用的位能增加,造成分子运动的动能减小,引起气体温度降低,使它具有一定的吸收热量的能力。对整个空分设备来说,进装置时的空气压力高,离开空分设备时压力降低,理论上温度可复热到进装置时的温度。此时,低压气体的焓值大于进口时的焓值,它与进口气体的焓差就是节流效应制冷量,不论这个压降是否在节流阀中产生。
    气体在膨胀机中膨胀时,计算膨胀机的制冷量只考虑对外作功而产生的焓降。实际上,在压力降低时,同时也增加了分子位能,因而也应产生一部分节流效应制冷量。这部分制冷量并不单独计算,而是按出装置时的低压气体与进装置的压力气体的总焓差,已表示了装置的总的节流效应制冷量。在调节膨胀机的制冷量时,也不影响节流效应制冷量的大小。

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