这个问题要对启动和正常操作两个阶段分别来分析。
在启动阶段,积累液体的任务是靠液化器来完成的,而不能靠冷凝蒸发器。即使把膨胀空气引入冷凝蒸发器,由于传热效果很差,也不能胜任积累液体的工作。不仅如此,问题还在于冷凝蒸发器的结构上并没有膨胀气体进出的回路。
在正常操作阶段,表面上看液氧面的升降是从冷凝蒸发器反映出来的,实际上是一系列传热的结果。怎样把冷量转化为产生液体呢?当冷凝蒸发器处在冷量平衡阶段,如果还要液氧面上涨,就得增加膨胀量或提高膨胀机前压力,即增加制冷量。由于膨胀量的增加,进下塔的空气量减少,使冷凝蒸发器的热负荷减少,蒸发的液氧就相对地减少了,表现为液氧面上涨;如果膨胀量未变,只是提高单位制冷量,即提高膨胀前温度(减少旁通量),则必然使环流气体在切换式换热器中放出的冷量增多,使正流空气进塔的能量(焓值)降低,也将减小冷凝蒸发器的热负荷,液氧蒸发量减少,液氧面上涨。因此,多余的冷量通过换热器转移到塔内,而不是靠冷凝蒸发器积累的。
此外,在正常运行中,上塔底部主冷液氧面的表压力约为0.04MPa,氧的蒸发潜热为6700kJ/kmol;气氮的冷凝压力约0.48MPa(表压),氮的冷凝潜热为4815kJ/kmol。氮的冷凝潜热小于氧的蒸发潜热,即把1kmol的气氮冷凝为液氮所需的冷量比蒸发1kmol液氧所放出的冷量少。而冷量是平衡的,所以相应地气氮的冷凝量要大于液氧的蒸发量。这样会有液体积累起来吗?不会的。因为液氮节流到上塔,压力降低,必然有一部分气化,所以流至冷凝蒸发器的量还是等于液氧蒸发量,不会因此而有液体积累起来。