低温精馏模拟平台的分析

张 召 张梅梅 朱伟平 贾启明 龚领会

(1 航天低温推进剂技术国家重点实验室,中国科学院理化技术研究所 北京 100190)

(2 中国科学院大学 北京 100049)

1 引 言

大型低温制冷系统是能源利用和前沿科技研究等领域的关键支撑技术[1-2]。尤其是随着高能物理研究的不断发展,如粒子加速器[3-4]、大型粒子对撞机[5]和托克马克[6-7]等大科学装置的建设,对大型低温制冷系统的需求越来越多。通常大型低温制冷系统只提供单一冷源,满足对冷量的需求。

然而对于一些特定场合,如低温精馏等,对大型低温制冷系统提出了更为复杂的要求[8-9]。在低温精馏系统当中,大型低温制冷系统需要提供3 个方面的功能,一为精馏系统的冷凝器提供冷源;二为冷屏提供冷量,使整个精馏系统都处于低温环境中,减少热辐射对精馏系统的影响;三为精馏系统的再沸器提供加热量,起到回收冷量的目的,提高低温系统的能量效率。目前,对于多流程的大型低温系统,由于流程的复杂性以及研制和运行的成本问题,国内外相关研究非常少。

大型低温制冷系统的功耗往往是巨大的,这是因为,一方面大型低温系统的制冷温度极低,最小理论输入功需要很大,另一方面应用场合需要较大的制冷量。因此,对于一套长期稳定运行的大型低温制冷系统,提高1%的能量效率对于减少能耗也有着非常显著的好处。(即有用功)分析[10-11]是许多制冷系统进行能量分析的重要工具,在大型低温制冷系统,包括氦低温制冷机、液化器和气体分离系统中,基于分析的相关文献非常多。……