Producerea frigului adanc

CUVANT INAINTE

Lucrarea de fata se adreseaza, cu precadere, studentilor de la cursurile de inginerie, care studiaza disciplina de Criogenie, la cursurile de licenta, masterat sau doctorat. Materialul continut in aceasta carte este util si studentilor care studiaza termodinamica tehnica, cat si altor specialisti care lucreaza in domeniu.

Elementele prezentate sunt o actualizare si o completare a materialului cuprins intr-o serie de lucrari de referinta in domeniu, cum sunt lucrarile lui Arharov, A. M. si col., Barron, R. F., ASHRAE Hanbook, Gersh, S. A., Hausen, H., Grossmann, P., Scott, R. B., Timmerhaus, K. D.. In Romania sunt de citat lucrarile academicianului Peculea, M., Stamatescu, D., Peculea, M. si col., Radcenco, V.. Demn de subliniat este si faptul ca autorii prezentei carti au publicat pe aceeasi tema doua lucrari si primul autor a lucrat sicontinua sa lucreze in domeniul Criogeniei si in calitate de titular al disciplinei de Criogenie la Universitatea Transilvania Brasov.

Cartea cuprinde 4 capitole referitoare la bazele termodinamice ale frigului adanc, procese de transfer de caldura si masa in echipamentele instalatiilor de separare a gazelor si schimbatoare de caldura. Subliniem faptul ca tratarea subiectelor o facem in mod traditional, pentru a face mai usor de inteles dificultatea frigului adanc. In acest sens, s-au folosit metode grafoanalitice de tratare a proceselor termodinamice si s-au prezentat exemple de calcul tratate in acelasi mod, fara a face apel la calculul modern electronic. Gandirea autorilor a fost ca lucrarea sa fie didactica, in special pentru studenti.

La redactarea cartii am primit un ajutor important din partea ing. Gabriel Nastase, asistent la Catedra de Instalatii a Universitatii Transilvania din Brasov si asistent pentru disciplina de Criogenie.

Folosim acest prilej pentru a multumi dlui. dr. ing. Ioan Ganea si colectivului Editurii AGIR pentru sprijinul acordat in publicarea acestei lucrari.

Autorii

CUPRINS

Capitolul 1. BAZELE TEORIEI PROCESELOR LA TEMPERATURI SCAZUTE
1.1. Proprietatile gazelor reale
1.2. Proprietatile gazelor reale in privinta compresibilitatii
1.3. Principalele diagrame termodinamice ale substantelor reale
1.4. Echilibrul in sistemele binare
1.5. Procesele pentru obtinerea temperaturilor scazute
1.5.1. Expansiunea adiabatica (izentropica) reversibila a gazului cu efectuarea unui lucru (mecanic) extern
1.5.2. Expansiunea adiabatica ireversibila a gazului cu efectuarea lucrului extern

Capitolul 2. CICLURILE FRIGULUI ADANC SI ANALIZA LOR
2.1. Caracteristicile generale ale ciclurilor si clasificarea lor
2.1.1. Informatii cu caracter general
2.1.2. Clasificarea ciclurilor instalatiilor de frig adanc si domeniile de aplicare ale acestora
2.2. Ciclurile cu laminarea agentului frigorific
2.2.1. Ciclul cu laminare simpla
2.2.2. Obtinerea gazului lichefiat intr-un ciclu
2.2.3. Cantitatea efectiva de produs lichid
2.2.4. Ciclul cu laminare si racire intermediara a gazului
2.2.5. Obtinerea gazului racit in ciclu
2.2.6. Ciclul de inalta presiune cu laminare dubla
2.3. Ciclurile cu laminare in instalatiile de separare a gazelor
2.3.1. Ciclul cu laminare simpla pentru separarea gazelor
2.3.2. Schema cu laminare simpla si pompa de oxigen lichid
2.3.3. Ciclul cu doua presiuni pentru separarea gazelor
2.4. Cicluri cu detentoare pentru obtinerea gazului lichefiat si a frigului la temperatura scazuta
2.4.1. Ciclul de inalta presiune cu detentor
2.4.2. Ciclul de joasa presiune cu turbodetentor
2.4.3. Ciclul cu expansiunea in doua trepte a gazului in detentor
2.4.4. Caracteristica comparativa a ciclurilor pentru racirea gazului
2.4.5. Cicluri cu detentoare pentru separarea aerului si obtinerea produselor sub forma de gaz
2.5. Cicluri de racire gazoase pentru obtinerea frigului la temperatura joasa
2.5.1. Ciclul de racire adiabat-izoterm
2.5.2. Cateva scheme de principiu ale instalatiilor cu cicluri de regenerare
a gazului pentru obtinerea frigului la nivelul 80-20 K

Capitolul 3. PROCESE DE VAPORIZARE, CONDENSARE SI RECTIFICARE IN APARATELE DE SEPARARE
3.1. Amestecurile binare si proprietatile lor
3.2. Procesele de transfer de masa si folosirea diagramei de echilibru y-x pentru calculele de proces
3.3. Lucrul minim de separare al amestecurilor
3.4. Calculul procesului de rectificare a amestecurilor de tip N2-O2 cu ajutorul diagramelor y-x si h-x
3.5. Coloane de rectificare pentru separarea aerului
3.5.1. Calculul coloanelor de rectificare pentru separarea amestecurilor binare tip N2-O2, cu ajutorul diagramei y-x
3.5.2. Influenta vaporizarii lichidului in timpul laminarii asupra procesului de rectificare
3.5.3. Calculul coloanei cu talere cu rectificare dubla, cu ajutorul diagramei h-x
3.6. Coloana cu rectificare dubla, cu introducerea aerului de joasa presiune in coloana superioara
3.7. Calculul coloanelor pentru obtinerea concentratului de kripton
3.8. Rectificarea amestecului H2-HD 204
3.9. Analiza termodinamica a procesului de separare a aerului
3.10. Calculul aparatelor de rectificare peliculare
3.10.1. Particularitatile caracteristice si elementele fundamentale pentru calculul aparatelor peliculare
3.10.2. Clasificarea aparatelor cu rectificare peliculare si datele pentru calculul lor
3.11. Separarea amestecului ternar N2-Ar-O2

Capitolul 4. SCHIMBATOARELE DE CALDURA
4.1. Schimbatoarele de caldura tubulare cu manta
4.2. Schimbatoarele de caldura spiralate
4.3. Particularitatile calcularii schimbatoarelor de caldura de joasa temperatura
4.3.1. Diferenta medie de temperaturi in schimbatorul de caldura
4.3.2. Determinarea suprafetei schimbatorului de caldura in cazul coeficientului variabil de transfer de caldura k
4.4. Transferul caldurii si caderea de presiune in schimbatoarele de caldura tubulare cu manta si conducte
4.4.1. Schimbatoare de caldura tubulare cu manta
4.4.2. Schimbatoare spiralate
4.4.3. Schimbatoarele de caldura eficiente
4.5. Intensificarea transferului de caldura in aparatele spiralate si tubulare cu manta
4.6. Folosirea tuburilor cu nervuri
4.7. Schimbatoare de caldura compacte
4.8. Bazele calculului aparatelor lamelare cu aripioare

Bibliografie