三．高压流程制冷系统一般用节流循环或高压膨胀循环，主要应用于中小型生产
气态或液态产品的装置。产冷和降温的主要方法使压缩空气的等温节流效应或膨胀机绝热膨胀。除杂方法主要为分子筛吸附法。 27. 空气分离装置中主要应用什么制冷手段？为什么需要制冷？
主要通过膨胀机膨胀制冷。由于空分装置是用人工制冷的方法使空气液化，然后根据各组沸点的不同，在精馏塔内进行精馏分离，以获得氧、氮同时制取一种或几种稀有气体，因而需要制冷。 28. 空分设备的冷量来源都有哪些？
（1）膨胀剂制冷量（2）全部压缩空气经节流阀而获得的节流制冷量 29. 低压流程制冷系统冷量调节的方法有哪些？（P326）
低压流程中，膨胀机起冷量生产主导作用，故冷量调节的灵活性取决于膨胀机本身的调节方式和流程设计中对冷量调节的考虑。 (一) 透平膨胀机调节方式 1) 调节喷嘴组
膨胀机喷嘴分成几组分别用阀门启停部分喷嘴的供气。
2) 转动叶片调节
改变叶片角度，使有效通道截面变化，进气量变化，从而改变产冷量。
3) 采用多机组
不同工况，使用不同容量的膨胀机（配置多台膨胀机），通过改变喷嘴叶片高度进行调节。
4) 节流调节
膨胀机前安装节流阀，改变阀开度，调节冷量。此法简单但损失大，不经济。
5) 改变转速
对于用风机制冷的透平膨胀机，在风机出口管上装一阀，阀开大，风量增加，制动消耗功率增加，转速降低，冷量下降。
(二) 改变环流量
透平膨胀机进口气体由两部分组成由蓄冷器或可逆式换热器来的环流由下塔或液化器直接来的旁通空气，二者温度不同，改变二者比例便可改变膨胀机进气温度。环流量增加，进气温度提高。 (三) 设置膨胀机的前换热器
在透平膨胀机前设置一个换热器，使进入膨胀机的空气通过换热器被污氮冷却，通过污氮量的调节可调节膨胀机的进气温度。
30. 拉赫曼原理是什么？叙述拉赫曼原理的两种方法并分析其各自的优缺点。（P328--329）
拉赫曼原理：理论计算与实际操作表明，在一般双级精馏塔中，上塔的实际气液比比精馏所需要的气液比大。在低温空分装置流程中上塔精馏潜力的利用成为拉赫曼原理。 两种拉赫曼原理
(一) 空气膨胀：从下塔底部抽出部分空气，经蓄冷器或可逆式换热器环流复
热后进入透平膨胀机中膨胀，产生冷量，然后直接送入上塔精馏段参加精馏过程。
(二) 氮气膨胀：从下塔或冷凝器的顶部抽出氮气，经蓄冷器或可逆式换热器
环流复热后进入透平膨胀机中膨胀。膨胀后的氮气或者作为产品氮气复热后引出，或者与污氮汇合后经蓄冷器或可逆式换热器放空。 空气膨胀 氮气膨胀 利用上塔精馏潜力后，上塔气液相的温差变化不同。一般精馏塔气液之间的温差比较大，氮气膨胀次之，空气膨胀最小。温差下降，热力学不可逆损失减小，空气膨胀利用上塔的精馏能力更充分。 对容量小，相对冷损对容量大，相对冷损小的空分在保证相同精馏效果的情况大的空分装置有利 装置有利 下，允许膨胀空气进入上塔的量比抽氮量大。 对于提取高纯度产品的装置， 如果纯氮量小于或等于膨胀量，则可直接由下塔顶部抽氮膨胀后做产品引出，使上塔塔颈缩小，且不用辅塔。 氮气膨胀比空气膨胀的膨胀比大，所以氮气膨胀有更大的焓降和制冷量。 氮气无杂质，运行较安全可靠 氮气膨胀增加膨胀量比空气膨胀增加膨胀量对氧的提取率影响大。 31.解释名词：分子筛流程、填料塔、液氮保护屏、气体传导屏、内压缩流程、杜瓦容器、NG的MRC液化流程 答： 内压缩流程
内压缩流程是相对于外压缩流程而言的。外压缩流程就是空分设备生产低压氧气，然后经氧压机加压至所需压力供给用户。内压缩流程取消了氧压机，直接由空分设备生产出中高压的氧气供给用户。内压缩流程与外压缩流程的主要区别在于产品氧的供氧压力是由液氧在冷箱内经液氧泵加压达到的。 填料塔
在空塔内充装拉西环、鲍尔环等散装调料或规整填料，使蒸汽自下而上穿过调料空隙，液体自上而下连续地流过填料层，在填料层表面和空隙体积内气液间形成相接触界面，进行质量交换的塔设备。
杜瓦容器
由双层壁构成的容器。在壁间抽成高真空以减小气体的传热，双层壁相对的两个表面镀银或抛光以降低辐射率，从而使辐射传热尽可能地减小。 MRC液化流程
是以C1至C5的碳氢化合物及N2等五种以上的多组分混合制冷剂为工质，进行逐级的冷凝、蒸发、节流膨胀得到不同温度水平的制冷量，以达到逐步冷却和液化天然气的目的。
32.氦液化流程中纯化的目的是什么？器内纯化和器外纯化各有什么特点？ 氦气的纯化通常是在室温下清除油气和水蒸汽，在低温下清除杂质气体（氧、氮、氖）。
器内纯化的特点：
利用氦气本身的冷量进行纯化，因此不消耗液氮，并使纯 化系统与液化装置紧密联系起来 。
使液化装置变得复杂。 器外纯化的特点：
结构简单，纯化效果稳定
需要消耗液氮，而且不能清除氖、氢等气体杂质
33.试画出全低压空分流程系统中的空气膨胀和氮气膨胀制冷气体的基本流程。
34.为什么氢、氦的液化循环都需要预冷？
答:氢的预冷：氢在大气压下的转化温度为204.6K，远低于环境温度，节流降温时必须把氢预冷到该温度以下再节流膨胀方能产生制冷效应；氢气在温度低于80K时进行节流才有比较明显的制冷效应；当压力为10MPa时50K一下节流才能产生液氢，因此采用节流循环液化氢时需要借助于外部冷源预冷。
虽然使用膨胀机可以产生制冷效应使温度降低，在液化循环流程设计上可以不用液氮预冷。但在实际应用中，由于液氮来源广泛，价格便宜，且液氮预冷无运动部件，在装置连续安全运行上比膨胀机更可靠。因此在几乎所有的实用氢液化流程上都采用液氮遇冷环节，并可提高循环的液化系数。
氮的液化：尽管不采用液氮预冷也能产生液氦，但通常情况下都采用液氮预冷以提高液化率，液氮预冷也可以减少液化器遇冷降温的时间。 35. 氦液化循环采用液氮预冷模式有哪些优点？
36. 氦液化流程中纯化的目的是什么？可采用何种方式，并说明其各自的优缺点。 目的：在氦制冷机和氦液化器中，由于气体不纯所造成的故障不小于机械故障率。一般系统的不纯度远小于0.1ppm,氦制冷系统必须严格限制油和水的污染，油的含量应小于0.01ppm，气体杂质氧气、氮气、氢气、氖的总含量也应控制在几十
西安交通大学 制冷与低温装置思考题 版 期末考试 - 图文
