Устройство для очистки криогенной жидкости

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (») 551480 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено28.12.73 (21) 1980929/26 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 25,03.77. Бюллетень № 11 (45) Дата опубликования описания 06.06.77 (51) М. Кл.

F 25 J 5/00

Государственный комитет

Совета Мнннстроа СССР по делам нзаоретеннй н открытнй (53) УДК 621.59 (088,8) (72) Авторы изобретения

Р, Г. Амамчян и В. И. Кожеуров (71) 3 а я вител ь (5Ф) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ КРИОГЕННОЙ ЖИДКОСТИ

Изобретение относ ится к кр иогенной технике, к устройствам для очистки криогенных газов и жидкостей от малолетучих примесей и может быть использовано при получении криогенных жидкостей и газов высокой чистоты, необходимых в различных областях науки и техники (в ядерной физике, ракетной и космической технике и т. д.).

В криогенных газах и жидкостях, вырабатываемых воздухоразделительными установ- 10 ками, ожижителями азота, неона, водорода и гелия, содержатся твердые примеси, значительная часть которых образована малолетучими вешествами. Например, в техническом жидком кислороде постоянно присутствует1а твердая двуокись углерода, в жидком водороде — твердый воздух и т. д. Несмотря на сравнительно небольшое содержание твердых

-4 примесей в технических продуктах (-10

-1

10 об.%)присутствие их является серьезной 20 помехой для работы ряда низкотемпературных устройств, в особенности оптических (например, водородных пузырьковых камер).

Обычно твердые примеси удаляются из криогенных жидкостей фильтрацией. Но эффектив-25 ность этого способа ограничена тем, что размеры пор фильтров нельзя уменьшить беспре— дельно.

HpN размерах пор около 1 мкм пропускная способность фильтров уменьшается настолько, что фильтрация требует черезмерно много времени.

Известны устройства (прототип), содержащие конденсатор и заполненный хладагентом испаритель, в которых очистка жидкого кислорода от твердых примесей основана на переконденсации. В этих устройствах за счет повторного испарения и конденсации кислорода содержание двуокиси углерода снижается от 5 10 до 0,8 10 об.% (1) .

Но указанное устройство не обеспечивает степень требуемой очистки, близкую 6,6.

-7

1 0 % объемных. Т.е. теоретически возможная чистота кислорода по СО> в несколько сот раз выше обеспечиваемой известным устройством. Объясняется это частичным уносом СО с парами кипящего в неравновесных условиях раствора двуокиси углерода в жидком кислороде.

551480

Е1елью настояшего изобретения является повышение степени очистки.

Это достигается тем, что испаритель снабжен вымораживатепем, выполненным в виде горизонтально расположенного змеевика, выходной патрубок которого подключен к конденсатору, входной патрубок размещен над уровнем хпадагента, а нижняя часть вымораживателя погружена в жидкость, причем над верхней частью вымораживателя установлен щ подогреватель.

Схема описываемого устройства для очистки, например жидкого кислорода, от твердой двуокиси угперода показана на чертеже.

Устройство состоит из фильтра 1, тепло- 15 изолированного испарителя 2, встроенного в испаритель вымораживателя 3, выполненного в виде горизонтально расположенного змеевика, погруженного частично в жидкость испарителя, подогревателя 4, пористой íà- ß9 садки 5, размешенной в вымораживателе, ванны 6 с жидким азотом (или кипящим при пониженном давлении кислородом ) и конденсатора 7. Устройство работает следуюшим образом. 25

Кислород „очищенный предварительно на фильтре 1, испаряется в испарителе 2 и поступает из парового объема испаритепя непосредственно в вымораживатель 3. Выходящий из вымораживателя газообразный кислород сжи- 30 жается в конденсаторе 7. Испарение кисло— рода в испарителе может осушествляеться или за счет "естественного" подвода тепла (из — за наличия остаточного теплопритока извне через теппоизоляцию емкости) или 35 вкпючением подогревателя 4, На противоположных сторонах витков змеевика вымораживателя 3 возникает разность температур, определяемая уровнем жидкости в испарителе и теплопритоком к паровому 40 объему емкости л Т=Т -Т т где Т -температура "холодной" стороны змех евика, близкая к температуре жидкости. 45

Т вЂ” температура "теплой" стороны змет ев ика.

Пары кипящего кислорода, проходя через витки змеевика, многократно охлаждаются дотемпературы T и нагреваются до темпе- 50 х ратуры Т, двуокись углерода, содержашаяся в парах кислорода, кристаллизуется в каждом из витков змеевика, частично вымораживаясь на его поверхности, частично уносясь с потоком кислорода в виде высокодисперсной взвес и или пересышенного пара в теплый участок витка и там сублимируясь.

Скорость испарения жидкого кислорода, регулируемая изменением мошности нагрева (например, изменением остаточного давления 60 газа в теппоизопяционной полости емкости или мощности подогревателя 4),подбирается равной скорости подачи жидкости в емкость с тем, чтобы уровень жидкости в емкости и, значит, перепад температур между теплой и холодной сторонами змеевика был постоянным.

Регулированием уровня жидкости теплая сторона змеевика поддерживается при температуре, достаточной для возгонки кристаллической взвеси СО, не вымороженной в витке.

Оставшееся количество СО2 вновь кристалпизуется в холодном участке следующего витка змеевика и т.д. Таким образом взмеевике, как в многоступенчатом вымораживателе, происходит достаточно полное удаление двуокиси углерода, содержашегося первоначально в парах кислорода.

Эффективность работы предлагаемого устройства существенно зависит от температуры жидкого кислорода в испарителе. С понижением температуры уменьшается давление паров и растворимость двуокиси углерода в жидком кислороде и, в конечном итоге, значительно уменьшается содержание СО2 в киспороде после вымораживателя 3. Конденсируя пары кислорода, выходящие из вымораживатепя, в конденсаторе 7, погруженном в ванну с жидким, азотом, можно понизить давление паров и соответственно температуру жидкого кислорода, кипящего в испарителе2., Например, если испарение жидкого кислорода проводить при температуре 80 К, остао точное содержание СО можно довести до

Ф

10 % об., а при Т= 77оК остаточное содержание СО понизится до величины, сравнимой со значением, определяемым десорбциейСО из материала теплых участков теплообменника и других деталей устройства.

Осуществление процесса дополнительной очистки кислорода в вымораживателе, размешенном непосредственно в том же устройстве, где происходит испарение жидкого кислорода, т.е. совмешение двух процессов очистки в конструктивно едином устройстве, позволяет избежать такого нежелательчоro для процесса вымораживания явления,как частичная конденсация кислорода в вымораживателе.

В предлагаемом устройстве обеспечивается обратная связь между давлением паров киспорода на выходе из вымораживателя и температурой жидкого кислорода, при заданном давлении на выходе теплообменника-вымораживателя жидкий кислород прогревается до температуры, соответствующей этому давлению и поэтому в установившемся режиме

551480

Откачка

Составитель Г. Ольшанская

Редактор Р, Пурнам Техред Н. Андрейчук. Корректор И. Гоксич

Заказ 110/20 Тираж 707 Подписное

ЫНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4 испарения пары кислорода не конденсируются в процессе вымораживания СО2.

Таким образом предлагаемое устройство, в котором органически сочетаются два процесса очистки, а именно переконденсации и 5 вымораживания, позволяет повысить степень очистки в 100 и более раз по сравнению с известными предложениями.

Эффективность предлагаемого устройства может быть дополнительно повышена разме- 10 шением внутри вымораживатепя пористой насадки с высокой удельной поверхностью, например силикагеля.

Наличие такой насадки позволяет не только увеличить полноту вымораживания приме- си, но и получить дополнительный эффект очистки за счет сорбции остаточного, невымороженного количества примеси на высокоразвитой поверхности насадки.

Это устройство может быть использовано также для очистки жидкого водорода, гелия и других криогенных жидкостей.

Формула изобретения

Устройство для очистки криогенной жидкости от примесей, содержашее коденсатор и заполненный жидким хладагентом испаритель, о т л и ч а ю ш е е с я тем, что, с целью повышения степени очистки, испаритель снабжен вымораживателем, выполненным в виде горизонтально расположенного змеевика, выходной патрубок которого подключен к конденсатору, входной патрубок размещен над уровнем хладагента, а нижняя часть вымораживателя погружена в жидкость.

2. Устройство по и. 1, о т л и ч а юш е е с я тем, что над верхней частью вымораживателя установлен подогреватель.

Источники информации, использованные при экспертизе.

1. Справочник Кислород, ч. 1, Металлургиздат, М., с 198-206, 1967,