Способ хранения низкокипящих газов

 

(. - ° 1

ОllИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических, Республик

Зависимое от авт. свидетельства №

М. Кл. F 17с 9/02

Заявлено 01.VI I.1971 (№ 1678683/23-26) с присоединением заявки №

Государственный комитет

Совета Миниотров СССР ио делам изобретений и открытий

Приоритет

Опубликовано 21.Х1.1973. Бюллетень ¹ 46

Дата опубликования описания 2.1V. 1974

УДК 621.59(088.8) Авторы изобретения

В. Ф. Гетманец, Ю. Ф. Исхаков и Р. С. Михальченко

Заявитель

Физико-технический институт низких температур

АН Украинской ССР

СПОСОБ ХРАНЕНИЯ НИЗКОКИПЯЩИХ ГАЗОВ

Изобретение относится к технике глубокого охлаждения трудноконденсируемых газов и может быть использовано при длительном хранении ожиженных и отвердевших газов.

С увеличением масштабов применения в народном хозяйстве криогенных веществ приобретает существенное значение задача снижения нх потерь на испарение в период длительного хранения.

Известен способ хранения низкокипящих газов в конденсированном состоянии в изотермпческих условиях при постоянном дренировании паров, давление которых в сосуде поддерживают неизменным. Теплопритоки к сосуду приводят к непрерывному испарению (сублимации) хранимого вещества и следовательно к потере его массы.

В условиях бездренажного хранения в закрытом сосуде с постепенным нагревом хранимого вещества потери полностью отсутствуют, однако длительность хранения сравнительно небольшая. Кроме того, в полностью заполненном сосуде идет слишком быстрый рост давления, а в частично заполненном сосуде нерационально используется объем сосуда.

Целью изобретения является уменьшение потерь хранимого вещества при хранении с дренированием паров. Это достигается путем дренирования насыщенных паров на различных температурных уровнях с повышением в сосуде давления насыщенных паров хранимого вещества. Дренирование паров осуществляют непрерывно при постоянном заполнении всего объема сосуда хранимым веществом в конденсированном состоянии и после достижения оптимальной для данного срока хранения температуры дренирование паров производят прп постоянном давлении в сосуде или ведут

10 дренирование при постоянном давлении ступенчато при начальной и конечной температурах хранения и при начальной температуре дренирование производят до получения в сосуде среднеобъемной плотности, оптимальной

1 для данного срока хранения, а последующий бездренажный период хранения ведут до заполнения всего объема сосуда хранимым веществом в конденсированном состоянии.

20 На фиг. 1 показано устройство для осуществления описываемого способа; на фиг. 2— график зависимости относительных потерь кислорода от величины теплопритоков; на фпг. 3 — график зависимости относительных

2S потерь от конечной температуры хранимого вещества в условиях дренпрования паров при постоянном давлении; на фиг. 4 — график зависимости относительных потерь от конечной температуры хранимого вещества при бездре30 нажном хранении.

407149

60

3

Жидкий или твердый кислород хранят в теплоизолированном сосуде 1, имеющем дренажную линию 2. В дренажной линии установлен регулирующий вентиль 3, позволяющий изменять сечение дренажной линии или полностью перекрывать ее.

На фиг. 2 показана зависимость относительных потерь кислорода от величины теплопритоков Qz к единице объема кислорода за весь период хранения. Потери рассчитываются для случая, когда сосуд в начальный момент заполняется твердым кислородом с температурой Т=48 К при давлении P=O,I мм рт. ст. и плотности твердой фазы р = 1,382 г/см .

Кривые 1 и II показывают минимально возможные относительные потери q (для заданного уровня теплопритоков Ят) при хранении предлагаемым способом. Для сравнения на кривой 11I показаны относительные потери при дренировании паров в изотермических условиях (Т = 48 К) .

Хранение криогенного вещества осуществляют следующим образом.

Сосуд 1 полностью заполняют ожиженным или отвердевшим газом, желательно при самой низкой температуре. После этого осуществляют постепенное повышение температуры и давления насыщенных паров хранимого вещества с одновременным дренированием паров на различных температурных уровнях.

Дренирование паров через линию 2 производят непрерывно при постоянном заполнении всего объема сосуда хранимым веществом в конденсированном состоянии. Постепенно при помощи вентиля 3 уменьшают сечение дренажной линии так, что за счет роста давления происходит нагрев конденсированной фазы по линии равновесия твердая (жидкая) фаза — пар. При этом испаряют и отводят в виде паров избыточный объем конденсированной фазы, образующейся в результате ее термического расширения при нагреве. После достижения оптимальной для данного срока хранения температуры (см. фиг. 2 и 3) сечение .откачной линии сохраняют неизменным для поддержания постоянного давления паров, вследствие чего дальнейший процесс хранения происходит в изотермических условиях.

Хранение в предлагаемом режиме обеспечивает в 1,5 — 2 раза меньшие потери по сравнению с хранением твердого кислорода при неизменной начальной температуре (см. фиг. 2). На фиг. 3 этим режимам соответственно отвечают минимальная и начальная точки кривой q=q(T). Расчеты показывают, что на азоте и водороде по предлагаемому способу также можно уменьшить потери хранимоr0 вещества в 1,5 — 2 раза.

Дренирование паров через линию 2 начинают при начальной температуре хранимого вещества и осуществляют в изотермических условиях при постоянном давлении насыщенных паров в сосуде. После достижения в сосуде среднеобъемной плотности хранимого вещества, соответствующей плотности конденсировапной фазы при оптимальной конечной температуре (см. фпг. 4) для данного уровня теплопритоков Ят вентиль 3 закрывают и производят в дальнейшем бездренажное хранение. В сосуде за счет теплопритоков происходит постепенное повышение давления насыщенныхх паров и температуры хранимого вещества. К моменту достижения заданной конечной температуры вследствие термического расширения конденсированная фаза заполняет весь объем сосуда. С этого времени храпение снова ведут в изотермических условиях, для чего открывают линию 2 так, что дренирование паров происходит при давлении, соответствующем расчетной конечной температуре хранения.

В известных способах хранения используются отдельно или теплота испарения (сублимации) прп храпении с дренированием паров, или теплоемкость конденсированного состояния при бездренажном хранении. В то время, как теплота, необходимая для нагрева хранимого вещества, увеличивается с повышением конечной температуры, теплота испарения постепенно уменьшается до нуля (в критической точке) .

Предложенный способ обеспечивает использование как теплоемкости, так и теплоты испарения на наиболее оптимальных для данной величины теплопритоков QT уровнях температур.

Относительные потери вещества q за период хранения выражаются формулой рк Qz Qy (к) =1 — — =

Ро Po (к) где ро, рк — соответственно начальная и конечная среднеобъемные плотности хранимого вещества в сосуде, г/см, Ят — величина теплопритоков к единице объема сосуда за период хранения, дж/см, r — теплота испарения (сублимации);

Qv (Тк) — суммарный запас холода единицы объема хранимого вещества, дж/см, Тк — конечная температура хранения.

Вследствие того, что не только величина r, но Q>- зависит от температуры, минимум потерь q не обязательно должен быть при минимуме Тк, где величина т минимальна. Из графиков на фиг. 3 и 4 видно, что для каждой величины теплопритоков Qz имеется своя оптимальная конечная температура.

Потери при хранении соответственно определяются, исходя из следующих выражений для функции Q< тк тк

4 (Тк) =-р r+ J r d;+ ; CsdT+ ттул ты,п,тк

Qv (7 к) = 1 / + r,„(p,„— p) + p 3 Cs dT+

rmiи

407149

+ J — 1, з Т Ттр.т 1 о, т<т, Т К

1БО

ОВ

4,2

Уиг. 7 т

+ j 1" (Сз — Сз — 1 йТ+

Ъ гт,г

T min где Т,„;„— исходная температура конденсированной фазы;

Cs, Cs — соотзетственно теплоемкость конденсированной фазы и пара;

Х вЂ” теплота затвердевания;

P v — средняя по объему сосуда плотность пара;

Т,р,, p„, — соответственно температура и плотность жидкой фазы в тройной точке; трах, репах соо raeTcTBPHklo теплота испарения и плотность при температуре Т,„;„.

Определяя для каждой величины Q> из графиков на фиг. 3 и 4 минимальные значения относительных потерь q, получаем зависимость г1=г1(Ят) (см. фиг. 2). Как видно из фиг. 2, предложенный способ хранения позволяет наиболее оптимальным образом использовать как теплоту испарения (сублимации), так и теплоемкость конденсированной фазы для уменьшения потерь при ее хранении.

Предмет изобретения

1. Способ хранения низкокипящих газов в конденсированном состоянии путем компенса5 ции теплопритоков за счет бездренажного нагрева хранимого вещества до заданной температуры и последующего дренирования паров из сосуда при этой температуре в условиях неизменного давления, отличающийся

10 тем, что, с целью уменьшения потерь вещества за счет оптимального использования запаса холода, дренирование производят на нескольких температурных уровнях, а нагревание — до такой температуры, чтобы конден15 сированная фаза за счет термического расширения заполнила весь объем сосуда.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что дрени ров ание осуществляют непрерывно в процессе всего разогрева.

20 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что дренирование осуществляют при начальной температуре при постоянном давлении и производят его до получения в сосуде среднеобъемной плотности, оптимальной для данно25 го срока хранения.

М 21О 28О ад О, Риг. 2

407149

09

20 40 b0 80 100 40 14(0 Г/(Фиг. 3

0,4

1Ф0 т К

Уиг Ф

Составитель В. Ивочкин

Техред Т. Ускова

Р едак тор Н. Кор чен ко

Корректор В. Брыксииа

Заказ 716(9 Изд. 34 2004 Тираж 576 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2