淺談低溫過程的冷凍劑選擇及應(yīng)用

覃濤

摘 要：隨著工業(yè)化的不斷發(fā)展，如今在工業(yè)生產(chǎn)中使用低溫進行生產(chǎn)已經(jīng)越來越普遍。一般低溫過程都是指溫度在120K以下，通常包括氣體在低溫環(huán)境下的液化和分離，在低溫環(huán)境下氣體的液化，氣體的分離和氣體在工業(yè)生產(chǎn)過程中所對應(yīng)的純化都需要一定的溫度位來提升整體上的冷凍量，以此來促進系統(tǒng)的冷凍量和在系統(tǒng)冷凍上的冷損失。

關(guān)鍵詞：低溫；液化；冷凍

在制取冷凍量的過程中使用液氮作為其原材料之一，液氮是在低溫的環(huán)境中應(yīng)用最為廣泛的一種冷源，其性能能夠很好的代替液氫，當(dāng)液氦作為冷凍量的冷源，能夠促進系統(tǒng)減少能源消耗，生產(chǎn)出更多的冷凍量，以此來減少經(jīng)濟上的支出，其發(fā)展前景不可估量。在多數(shù)情況下低沸點的氣體在制冷系統(tǒng)的作用下其制取低溫冷凍量的方式又是不一樣的，因此，工作人員可以根據(jù)不同的情況采取不同的方式，選擇不同的制冷方式和相應(yīng)的操作方式，以此制作出不同溫度的冷凍量。

1 混合冷劑制冷與混合冷凍劑

在目前如此眾多的天然氣液化技術(shù)工程中，運用最為廣泛的便是其混合冷劑制冷與混合冷凍劑，通常情況下混合劑的主要成分是以甲烷為主?；旌蟿┰谥评湎到y(tǒng)的作用下通過有規(guī)律性的從冷凝、蒸發(fā)、節(jié)流膨脹等制冷過程獲取不同溫度位的冷凍量，因此在混合劑的作用下能夠促使制冷系統(tǒng)能夠有規(guī)律性的產(chǎn)生運作。將混合劑的拆分開分析可以研究得出：混合劑的絕大部分原材料是天然氣，少數(shù)部分材料是氨氣，混合劑在組成的過程中要利用不同的配比量，根據(jù)內(nèi)外部環(huán)境壓力的大小，根據(jù)天然氣里的材料組成，并且根據(jù)物理學(xué)中的熱力學(xué)參數(shù)和對應(yīng)的平衡學(xué)原理來計算其配比量并進行相應(yīng)的組合，并且在實際的操作過程中要及時的根據(jù)其天然氣的不同點及時調(diào)整好配比量。

冷凍量是利用低溫液體的蒸發(fā)或者是利用制冷系統(tǒng)通過不斷的冷循環(huán)來提供冷凍量。在相應(yīng)的制冷系統(tǒng)操作狀態(tài)下，為了能夠提供更多的冷凍量，其耗費的能量也是比較大的，并且隨著整體的溫度下降，在能量的消耗上也是非常的大，因此，工程師在對低溫系統(tǒng)環(huán)節(jié)的設(shè)計過程中，冷凍劑的選擇在很大程度上能夠影響到低溫操作的復(fù)雜程度，在很大程度上能夠影響到系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性，能夠直接的影響到了系統(tǒng)在冷凍系統(tǒng)過程中所產(chǎn)生功耗的大小，能夠直接的影響到了其在經(jīng)濟方面上的各種性能。

2 液氮、液氖凍劑的特性及應(yīng)用

2.1 液氮的特性及應(yīng)用

在低溫的環(huán)境中對氣體進行相應(yīng)的分離操作，所謂的分離操作指的是氫、氖、氦等氣體在液化的過程中實行分離的操作過程，因此在系統(tǒng)的冷卻過程中液氮是一種必不可少的冷源，液氮既能在氣體的液化系統(tǒng)過程中當(dāng)作其系統(tǒng)的冷卻量的補充，又是氣體在液化的過程中缺一不可的預(yù)冷劑。如：氫氣在液化的過程中，利用到了液氮，將液氮作為氫氣液化的預(yù)冷劑并且作為制冷系統(tǒng)的冷量，據(jù)相關(guān)的調(diào)查可得：生產(chǎn)出1kg的液氫需要運用到將近10kg到12kg的液氮，因此在生產(chǎn)過程中所消耗液氮占總體生產(chǎn)液氫的百分之十八到百分之三十。在對氮做出相應(yīng)的液化過程中，液氮用作前級預(yù)冷劑，可以有效的減少相應(yīng)的膨脹系數(shù)。

2.2 液氖的性質(zhì)及應(yīng)用

六十年代的初期液氖的制冷操作已經(jīng)非常普遍，通常情況下通過改變液氖的飽和壓力，能夠很大程度上控制溫度差的一個變化量。通常液氖的溫度在32到40k的范圍之內(nèi)，容易使其平衡的飽和壓力定在10pis，通過計算可以得出其平均的改變飽和溫度的差值在0.5k左右。由于氖原子中的分子量比氫和氮來的都要大，因此在多數(shù)情況下氖在制冷的系統(tǒng)操作下所需的壓縮級數(shù)要比氨，氫氣來的少一些，從大部分上節(jié)省了相應(yīng)的壓縮功能以及縮小大部分的壓縮機的體積。在對液氖的穩(wěn)定性進行相應(yīng)的研究中可以得出，液氖是一種惰性的氣體，通常情況下是不需要利用任何的防爆安全措施，因此在很大程度上可以認為液氖比液氫安全可靠。

3 冷凍齊吐的負壓蒸發(fā)及固休制冷劑

在較低的溫度下能夠順暢的對低溫液體冷凍劑進行相應(yīng)的操作，其操作的環(huán)境一般都是在1大氣壓或者稍微有些高于1大氣壓的環(huán)境壓力下進行的操作，有時候為了能夠達到一定的溫度值，常常利用提高或者降低冷凍劑的蒸發(fā)壓力，這種提高或者降低的方式能夠有效的促進其冷凍劑達到一定的溫度值，在某一條件下其對應(yīng)的冷凍量也能夠促使易燃易爆的低溫流體在負壓的條件下使用。其在固體制冷劑的研究過程中，由于固體制冷劑在失重的環(huán)境下很難能夠把控液體，因此，固體制冷劑其工作的環(huán)境溫度都是低于制冷劑的三相點的，能夠很大程度上減少制冷劑的蒸發(fā)量，使其達到正常的低溫度，更加的適應(yīng)制冷劑的工作狀態(tài)。

4 結(jié)語

冷凍劑在選擇應(yīng)用的過程中應(yīng)當(dāng)根據(jù)其所處的環(huán)境因素做出相應(yīng)的選擇和應(yīng)用措施，這也是整個低溫環(huán)境設(shè)計過程中所要考慮到的重要因素，由于在很多方面上其低溫度所涉及到的范圍相對較為廣泛，應(yīng)當(dāng)根據(jù)不同的情況做出不同的調(diào)查和分析，做出最正確的處理方式。

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