Способ хранения низкокипящих газов

О П И СА Н И ЕИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических,РеспубликЗависимое от авт. свидетельстваМ. Кл. Г 17 с 9 Заявлено 01.Л.1971 ( 1678683/23 присоединением заявкиГосударственный комитет Совета Миниотров СССР по делам изобретений и открытийиоритет УДК 621.59 публикова 21,Х 1.1973, Бюллетеньата опубликования описания 2.1 Ъ.197 Авторыизобретения Исхаков и Р. С. Мих Гетманец,енко Заявитель зико-техническии институт низких тем АН Украинской ССР ату НЕНИЯ НИЗКОКИПЯЩИХ ГАЗОВ СПОСО Изобретение относится к технике глубокого охлаждения труднокопденсируемых 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 цх потерь на испарение в период длительного хранения,Известен способ хранения низкокипящих газов в конденсированном состоянии в изотермпческих условиях при постоянном дренировапии 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 различцых температурных уровнях с повышением в сосуде давления насыщенных паров хранимого вещества. Дренирование паров осуществляют непрерывно при постоянном заполнении 5 всего объема сосуда хранимым веществом вконденсированном состоянии и после достижения оптимальной для данного срока хранения температуры дренирование паров производят прп постоянном давлении в сосуде или ведут 0 дренирование при постоянном давлении ступенчато при начальной и конечной температурах хранения и при начальной температуре дренирование производят до получения в сосуде среднеобъемной плотности, оптимальной 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 25 потерь от конечной температуры хранимоговещества в условиях дренпрования паров при постоянном давлении; на фиг. 4 - график зависимости относительных потерь от конечной температуры хранимого вещества при бездре нажном хранении.5 10 15 го 25 зо 35 40 45 50 55 Р Р Т ЭТ;1,ТТ/ 60 65 3Жидкий или твердый кислород хранят в теплоизолированном сосуде 1, имеющем дренажную линию 2. В дренажной линии установлен регулирующий вентиль 3, позволяющий изменять сечение дренажной линии цли полностью перекрывать ее.На фиг. 2 показана зависимость относительных потерь кислорода от величины теплопритоков Ят 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 Р=0,1 мм рт. ст. и плотности твердой фазы р=1,382 г/см, Кривые 1 и 11 показывают минимально возможные относительные потери т 1 (для заданного уровня теплопритоков Ят) при хранении предлагаемым способом. Для сравнения на кривой 111 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 т 1=т 1(Т). Расчеты показывают, что на азоте и водороде по предлагаемому способу также можно уменьшить потери хранимого 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 бездрецажное хранение. В сосуде за счет теплопритоков происходит постепенное повышение давления насыщенных 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 дрецировацие 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 бездрецажцом 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 ца наиболее оптимальных для данной величины теплопритоков Ят уровнях температур.Относительные потери вещества т 1 за период хранения выражаются формулойРт - Я, (к). = 1 -- =Ра Ра ( к) где ро, рк - соответственно начальная и конечная среднеобъемные плотности хранимоговещества в сосуде, г/см,Ят - величина теплопритоков к единицеобъема сосуда за период хранения, дж/см,т - теплота испарения (сублимации);Ь(Тк) - суммарный запас холода единицы объема хранимого вещества, дж/см,Тк - конечная температура хранения.Вследствие того, что не только величина т,цо Я; зависит от температуры, минимум потерь и не обязательно должен быть прц минимуме Тк, где величина т минимальна. Изграфиков на фиг. 3 и 4 видно, что для каждой величины теплопритоков От имеется свояоптимальная конечная температура,Потери при хранении соответственно определяются, исходя из следующих выраженийдля функции Ятк ткЯк(Тк) =-Р т+т /Р+Р С,ЙТ+тща т,п+1 з" (Сз - Сз - 1 йТ+Уат(тпп где Ттп - исходная температура конденсированной фазы;Ся, Ся - соотзетственно теплоемкость конденсированной фазы и пара;Х - теплота затвердевания;РР - средняя по объему сосуда плотность пара;ТР т, Р рд - соответственно темпеРатУРа и плотность жидкой фазы в тройной точке;Гтах, Ргпах - соответственно теплота испарения и плотность при температуре Тп,;,Определяя для каждой величины Ят из графиков на фиг. 3 и 4 минимальные значения относительных потерь г 1, получаем зависимость 1=1 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 вконденсированном состоянии путем компенса 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 конден сированная фаза за счет термического расширения заполнила весь объем сосуда,2. Способ по п, 1, отличающийся тем, чтодрени ров ание осуществляют непрерывно в процессе всего разогрева.20 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, чтодренирование осуществляют при начальной температуре при постоянном давлении и производят его до получения в сосуде средне- объемной плотности, оптимальной для данно го срока хранения.407149 о о го Фо 0 фК иг Ф ставитель В. Ивочкин едакто ректор В. Брыксина ченк ехред Т. Ускова аз 716(9 Изд, 3 Чц 2004 ЦНИИПИ Государственного комитета С по делам изобретений и Москва, Ж, Раушская в