Gaz sıvılaştırma çevrimlerinin performans analizi ve karşılaştırılması

Gaz sıvılaştırma çevrimleri kriyojeninin önemli uygulama alanlarından biridir ve sıvılaştırılmış gazlar birçok endüstride ve proseste yaygınca kullanılmaktadırlar. Gaz sıvılaştırma çevrimleri yoğun enerji tüketmektedirler. Enerji tüketimi ve maliyeti minimize etmek için bu sistemler termodinamik ve ekonomik olarak optimize edilmelidir. Bu tezde, yaygın olarak kullanılan basit Linde-Hampson, ön soğutmalı Linde-Hampson, Claude ve Kapitza gaz sıvılaştırma çevrimlerinin termodinamik ve ekonomik değerlendirilmesi yapılmıştır. Değerlendirilmeye alınan çevrimler bilgisayar ortamında yaygın olarak kullanılan gazlar olan hava, azot, oksijen, argon, florin ve metan için modellenmiştir. Sistemin sıvılaşan gaz oranı, sıvılaştırma işi, –performans katsayısı ve ikinci kanun verimliliği gibi termodinamik performans parametreleri ve spesifik ürün maliyeti ve spesifik enerji maliyeti gibi ekonomik parametreleri her bir çevrim ve gaz için hesaplanmıştır. Sıvılaşan gaz oranlarının basit Linde-Hampson, ön-soğutmalı Linde-Hampson, Claude ve Kapitza çevrimi için sırasıyla, 0.07-0.20, 0.13-0.33, 0.22-0.26 ve 0.09-0.1 olarak değiştiği gözlemlenmiştir. İkinci kanun verimliliklerinin ise basit Linde-Hampson, ön-soğutmalı Linde-Hampson, Claude ve Kapitza çevrimleri için, çalışan kriyojene bağlı olarak sırasıyla, 0.12-0.27, 0.22-0.45, 0.76-0.82 ve 0.43-0.46 aralıklarında değiştiği gözlemlenmiştir. Kompresör giriş sıcaklığı, kompresör çıkış basıncı, kompresör izotermal verimi, ısı değiştiricilerdeki minimum sıcaklık farkı, türbin izentropik verimi gibi parametreler ile sistemin termodinamik ve ekonomik performansını incelemek üzere parametrik çalışmalar yapılmıştır. Yapılan ekonomik karşılaştırmanın sonucunda, Kapitza çevriminin en fazla spesifik ürün maliyetine sahip olduğu ve onu sırasıyla basit Linde-Hampson, ön-soğutmalı Linde-Hampson ve Claude çevrimlerinin takip ettiği gözlemlenmiştir. Ayrıca büyük ölçekli sistemler için Claude ve ön-soğutmalı Linde-Hampson çevriminin termodinamik ve ekonomik açıdan en uygun çevrimler olduğu gözlemlenmiştir. Anahtar Kelimeler: Kriyojeni, gaz sıvılaştırma çevrimleri, termodinamik analiz, ekonomik analiz, Claude çevrimi, Linde-Hampson çevrimi