Энергетика низкотемпературной ректификации
Введением в технику разделения воздуха колонны двойной ректификации задача полного его разделения на кислород и дзот была решена. Однако оставалась вторая задача - снижение расхода энергии в воздухоразделительных установках. Получение 1 л жидкого кислорода требовало затраты электроэнергии не менее 3 кВт-ч, а 1 м3 газообразного - 1,5 кВт-ч (как говорили тогда, 4,1 и 2 "час-лошади" соответственно). Нужно было снизить эти показатели по крайней мере в 2-3 раза1. Наметились два пути совершенствования классического дроссельного цикла. Первый из них, основанный также на дросселировании, развивал сам К. Линде; второй, опиравшийся на введение детандера в технику разделения воздуха, разрабатывал Ж. Клод.

Принципиальная основа как того, так и другого способа, несмотря на их существенное различие, была одна и та же. Ни Линде, ни Клод не осознавали этого в полной мере, думая, что идут принципиально различными, даже противостоящими, путями. Однако с энергетической точки зрения задача и у того, и у другого была одна и та же: ликвидировать (точнее - существенно уменьшить) основной недостаток цикла Линде. Именно этот принципиальный недостаток и приводил в нем к большому расходу энергии.

В чем же дело?
Посмотрим на схему классического цикла Линде. Она, как видно из рис. 4.18 и 4.19, входит как составная часть неизменно во все системы ожижения и разделения воздуха. Охлаждение сжатого воздуха в них осуществляется в теплообменнике потоком идущего навстречу расширенного воздуха (или продуктов его разделения - азота и кислорода). °° всех случаях (независимо от конструкции теплообменника - Линде, Хэмпсона и др.) наблюдается одно и то же явление. Сжатый воздух, направляющийся к дросселю, охлаждается на меньшее число градусов, чем нагревается выходящий воздух (или продукты его разделения - кислород и азот). Это наглядно можно показать на графике рис. 5.10. Здесь по оси ординат отложена длина теплообменника /, а по оси абсцисс - температуры потоков в теплообменнике.

Теплый конец теплообменника, как и на схемах, расположен вверху, холодный - внизу. Видно, что в то время как выходящий поток неожиженного воздуха нагревается на 283 - 79 = = 204 К, сжатый воздух охлаждается только на 293 - 130 = 163 К, Аналогичная ситуация складывается и при разделении воз духа, хотя в этом случае разница температур меньше. Такое "недоохлаждение" сжатого воздуха объясняется двумя причинами. Во-первых, количество расширенного воздуха меньше, чем сжатого (часть воздуха отведена в виде жидкости и обратно в теплообменник уже не попадает).

Во-вторых, теплоемкость сжатого воздуха намного больше, чем расширенного Поэтому, отдавая в теплообменнике то же количество тепла, что получает нагревающийся поток, он охлаждается на меньшее число градусов, чем то, на которое тот нагревается. То же происходит и в разделительной установке, выдающей газообразные продукты разделения, но, поскольку жидкость в этом случае не отводится, действует только вторая причина; однако и здесь недоохлаждение прямого потока очень заметно. Возникает вопрос - а нужно ли по этому поводу так огорчаться? Пускай себе сжатый воздух будет охлаждаться мен*' ше. Чем это плохо?