Question

节流膨胀的热力学特征

Answer 1

节流膨胀的热力学特征是节流前后焓值相等：H1=H2 或 ΔH=0。

热膨胀是指与外界没有热量交换，但气体对外界做功，气体膨胀。根据热力学第一定律，可证明这是等焓过程，在这个过程中气体体积增大，压强降低，因而温度降低。所以绝热膨胀经常用于降低气体的温度，起到冷冻的效应。

绝热膨胀法是德国科学家林德等人在征服“永久气体”的过程中研究发现的。压缩—绝热膨胀法的过程是先向容器里装入气体，施加高压，通过外界做功，使气体体积变小，气体分子运动加快（增加分子的平均动能），温度升高，接着通过冷却剂的蒸发吸热，带走热量。

把受压气体冷却到原来的温度。然后断绝容器（系统）与外界的热交换，让受压的气体通过狭窄的口子急剧膨胀，对外做功，由于从外界吸收的热量为零，因此只能减少自身的内能，从而达到降温的目的。

甲烷尾气的膨胀制冷有两种方式：节流膨胀（即节流阀）和膨胀机膨胀。在国内一些早期的乙烯裂解装置中，尾气膨胀基本采用节流阀进行，节流膨胀接近于等焓膨胀，其膨胀过程不能用来做功，且因能量损失较大故膨胀后的气流温度降低不太多，制冷效果不佳。

采用透平膨胀机进行膨胀制冷则接近于等熵膨胀，由于绝热等熵膨胀可以对外做功，并且使膨胀后的气流温度达到最大程度的降低，因此绝热等熵膨胀是获得低温最有效的膨胀过程，能取得较好的制冷效果，同时大大减小了乙烯压缩机的负荷，降低了乙烯装置能耗。

由此可见采用透平膨胀机一方面可使介质的温度显著降低，另一方面还能利用膨胀机做功驱动压缩机，从而达到能量回收，综合利用的目的。