Каскадная система охлаждения своими руками (Часть I)

Большое спасибо Exotic Chem Lab за предоставленные рекомендации и информацию по этому проекту. Смотрите его канал:
   / @exotic_chem_lab  

В этом видео я, опираясь на результаты своих двух предыдущих видео (Самодельное парокомпрессионное охлаждение и Производство этилена), создам двухступенчатую, или каскадную, парокомпрессионную холодильную систему, использующую пропилен (он же MAPP-газ) на первой ступени и этилен (R1150) на второй. Цель проекта — достичь -100°C.

Главной проблемой, с которой я столкнулся, было то, что я не получал ожидаемого снижения температуры от этиленового хладагента. При работе конденсатора второй ступени при температуре ниже -30°C и давлении 400 фунтов на кв. дюйм (400 psi), конденсации не происходило, хотя этилен должен был начать конденсироваться примерно при 300 фунтах на кв. дюйм (300 psi). После небольшого исследования выяснилось, что хладагент этилена был сильно загрязнен (около 30%) водородом из-за перегрева катализатора в процессе производства. Это привело к снижению парциального давления этилена до такой степени, что конденсация при приемлемом общем давлении была невозможна.

Используя переделанный льдогенератор, я построил вторую каскадную систему, где вторая ступень была практически статической, а не замкнутой. Целью было собрать этилен, довести его до минимально возможной температуры и сконденсировать под давлением, а затем выпустить его и, возможно, обеспечить удаление водорода путем фазового разделения. Это позволило мне проанализировать поведение газовой смеси и обнаружить, что при -38°C смесь, которая должна была конденсироваться при давлении около 16 бар, на самом деле требовала для конденсации давления около 23 бар. Эта информация позволила мне приблизительно определить чистоту этилена (около 70%).

К сожалению, моя попытка очистить этилен методом фазового разделения привела к его полному выкипанию из-за слишком высокой скорости потока. Однако при этом мне удалось зафиксировать падение температуры на термопаре всего до -83 °C, что означает, что этилен действительно конденсировался в моём ледогенераторе, а затем снова испарялся. Хотя технически я добился каскадного охлаждения, предстоит ещё многое сделать, прежде чем я смогу добиться непрерывного охлаждения до -100 °C, чему и будет посвящено моё следующее видео. Два основных направления усовершенствования:

Получение этилена значительно более высокой чистоты (95% или выше)
Тонкая настройка гидравлического сопротивления второй ступени / объёма на стороне высокого давления / объёма на стороне низкого давления для оптимальной скорости потока / перепада давления

Как только температура -100 °C будет стабильно достигаться, станет возможным производство жидкого метана (СПГ), например, того, что используется в современных ракетных двигателях, таких как SpaceX Raptor. Это будет реализовано с помощью третьего компрессора, который будет забирать природный газ из бытового источника и конденсировать его под давлением 26 бар (370 фунтов на кв. дюйм изб.) при температуре -100 °C. При обратном расширении до 1 бара температура упадет до -162 °C.

Музыка:
Кевин Маклеод - George Street Shuffle