浅谈低温过程的冷冻剂选择及应用

覃涛

摘 要：随着工业化的不断发展，如今在工业生产中使用低温进行生产已经越来越普遍。一般低温过程都是指温度在120K以下，通常包括气体在低温环境下的液化和分离，在低温环境下气体的液化，气体的分离和气体在工业生产过程中所对应的纯化都需要一定的温度位来提升整体上的冷冻量，以此来促进系统的冷冻量和在系统冷冻上的冷损失。

关键词：低温；液化；冷冻

在制取冷冻量的过程中使用液氮作为其原材料之一，液氮是在低温的环境中应用最为广泛的一种冷源，其性能能够很好的代替液氢，当液氦作为冷冻量的冷源，能够促进系统减少能源消耗，生产出更多的冷冻量，以此來减少经济上的支出，其发展前景不可估量。在多数情况下低沸点的气体在制冷系统的作用下其制取低温冷冻量的方式又是不一样的，因此，工作人员可以根据不同的情况采取不同的方式，选择不同的制冷方式和相应的操作方式，以此制作出不同温度的冷冻量。

1 混合冷剂制冷与混合冷冻剂

在目前如此众多的天然气液化技术工程中，运用最为广泛的便是其混合冷剂制冷与混合冷冻剂，通常情况下混合剂的主要成分是以甲烷为主。混合剂在制冷系统的作用下通过有规律性的从冷凝、蒸发、节流膨胀等制冷过程获取不同温度位的冷冻量，因此在混合剂的作用下能够促使制冷系统能够有规律性的产生运作。将混合剂的拆分开分析可以研究得出：混合剂的绝大部分原材料是天然气，少数部分材料是氨气，混合剂在组成的过程中要利用不同的配比量，根据内外部环境压力的大小，根据天然气里的材料组成，并且根据物理学中的热力学参数和对应的平衡学原理来计算其配比量并进行相应的组合，并且在实际的操作过程中要及时的根据其天然气的不同点及时调整好配比量。

冷冻量是利用低温液体的蒸发或者是利用制冷系统通过不断的冷循环来提供冷冻量。在相应的制冷系统操作状态下，为了能够提供更多的冷冻量，其耗费的能量也是比较大的，并且随着整体的温度下降，在能量的消耗上也是非常的大，因此，工程师在对低温系统环节的设计过程中，冷冻剂的选择在很大程度上能够影响到低温操作的复杂程度，在很大程度上能够影响到系统的稳定性和安全性，能够直接的影响到了系统在冷冻系统过程中所产生功耗的大小，能够直接的影响到了其在经济方面上的各种性能。

2 液氮、液氖冻剂的特性及应用

2.1 液氮的特性及应用

在低温的环境中对气体进行相应的分离操作，所谓的分离操作指的是氢、氖、氦等气体在液化的过程中实行分离的操作过程，因此在系统的冷却过程中液氮是一种必不可少的冷源，液氮既能在气体的液化系统过程中当作其系统的冷却量的补充，又是气体在液化的过程中缺一不可的预冷剂。如：氢气在液化的过程中，利用到了液氮，将液氮作为氢气液化的预冷剂并且作为制冷系统的冷量，据相关的调查可得：生产出1kg的液氢需要运用到将近10kg到12kg的液氮，因此在生产过程中所消耗液氮占总体生产液氢的百分之十八到百分之三十。在对氮做出相应的液化过程中，液氮用作前级预冷剂，可以有效的减少相应的膨胀系数。

2.2 液氖的性质及应用

六十年代的初期液氖的制冷操作已经非常普遍，通常情况下通过改变液氖的饱和压力，能够很大程度上控制温度差的一个变化量。通常液氖的温度在32到40k的范围之内，容易使其平衡的饱和压力定在10pis，通过计算可以得出其平均的改变饱和温度的差值在0.5k左右。由于氖原子中的分子量比氢和氮来的都要大，因此在多数情况下氖在制冷的系统操作下所需的压缩级数要比氨，氢气来的少一些，从大部分上节省了相应的压缩功能以及缩小大部分的压缩机的体积。在对液氖的稳定性进行相应的研究中可以得出，液氖是一种惰性的气体，通常情况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认为液氖比液氢安全可靠。

3 冷冻齐吐的负压蒸发及固休制冷剂

在较低的温度下能够顺畅的对低温液体冷冻剂进行相应的操作，其操作的环境一般都是在1大气压或者稍微有些高于1大气压的环境压力下进行的操作，有时候为了能够达到一定的温度值，常常利用提高或者降低冷冻剂的蒸发压力，这种提高或者降低的方式能够有效的促进其冷冻剂达到一定的温度值，在某一条件下其对应的冷冻量也能够促使易燃易爆的低温流体在负压的条件下使用。其在固体制冷剂的研究过程中，由于固体制冷剂在失重的环境下很难能够把控液体，因此，固体制冷剂其工作的环境温度都是低于制冷剂的三相点的，能够很大程度上减少制冷剂的蒸发量，使其达到正常的低温度，更加的适应制冷剂的工作状态。

4 结语

冷冻剂在选择应用的过程中应当根据其所处的环境因素做出相应的选择和应用措施，这也是整个低温环境设计过程中所要考虑到的重要因素，由于在很多方面上其低温度所涉及到的范围相对较为广泛，应当根据不同的情况做出不同的调查和分析，做出最正确的处理方式。

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