Воздухоразделительная установка для получения жидкого кислорода
Термодинамический, технологический расчет ректификационных колонн. Баланс переохладителя жидкого кислорода. Расчет теплообменных аппаратов. Определение необходимой поверхности теплообмена. Расчет адсорбционного блока комплексной осушки и очистки воздуха.
Рубрика | Физика и энергетика |
Вид | курсовая работа |
Язык | русский |
Дата добавления | 29.05.2012 |
Размер файла | 392,0 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Воздухоразделительная установка для получения жидкого кислорода
Введение
Кислород в промышленности используется только в газообразном состоянии. Однако, при больших масштабах его потребления, транспортировка и хранение кислорода в жидком состоянии экономически и технически выгоднее, чем в газообразном состоянии. В этой связи в промышленности эксплуатируются различные типы установок, производящих жидкий кислород. Сложность схемы зависит от производительности.
Установки, вырабатывающие 200…2000 кг/ч жидкого кислорода, проектируются на основе цикла высокого давления (рис. 1).
В качестве прототипа была выбрана воздухоразделительная установка средней производительности КжКАж - 0,25. Схема данной установки (см. плакат 1) основана на использовании цикла высокого давления с расширением части в охлаждаемого воздуха в турбодетандере[8].
Атмосферный воздух после очистки от механических примесей поступает в компрессор К1, где сжимается до 20 МПа. После концевого холодильника этот поток охлаждается в теплообменнике-ожижителе А3 до Т=276К потоком продукционного азота. В этом аппарате выделяется сконденсированная влага, что облегчает работу блока очистки (адсорберы А11 и А12), куда затем поступает сжатый воздух. Очищенный воздух фильтруется в одном из фильтров А13 ил А14 и далее делится на два потока: одна часть поступает на расширение в турбодетандер ТД1., а другая часть (дроссельный поток) направляется в теплообменник А4, где охлаждается отбросным азотом.
Поток воздуха после расширения в турбодетандере смешивается с дроссельным потоком. Далее весь поток поступает на разделение в колонну А7. За счет предварительного разделения в этой колонне конденсируются пары азота, а с нижней тарелки в куб колонны стекает обогащенный кислородом жидкий воздух.
Пары азота конденсируются в конденсаторе А9. Образующаяся таким образом азотная флегма служит для орошения нижней А7 и верхней А8 колонн. Поток азотной флегмы, идущий в верхнюю колонну, предварительно переохлаждается в переохладителе А6. Это позволяет снизить долю пара в процессе дросселирования через ветниль ВР3.
Кубовая жидкость из нижней колонны, пройдя в переохладитель А6, дросселируется в соответствующее сечение верхней колонны. Этот поток перед поступлением в верхнюю колонну проходит переохладитель жидкого кислорода А5.
В верхней колонне потоки азотной флегмы и кубовой жидкости участвуют в окончательном разделении воздуха на азот и кислород. Газообразный азот выводится из верхней части колонны А8, нагревается последовательно в аппаратах А6, А4, А3 и выбрасывается в атмосферу. Часть его в определенные периоды используются для регенерации адсорберов блока очистки А11 и А12. Для этой цели азот подогревается в подогревателе А15.
Жидкий кислород из нижней части колонны А8 поступает в межтрубное пространство испарителя А9. За счет теплоты, подводимой от конденсирующихся паров азота, кислород кипит. Образующиеся пары возвращаются в колонну А8. Часть жидкого кислорода из испарителя А9 идет в переохладитель А5, после чего сливается в емкости.
При полном отогреве или в аварийных ситуациях, сопровождающихся остановкой блока, жидкость из конденсатора и нижней колонны сливается в испаритель А16.
Выбор исходных данных.
В установках для получения жидкого О2 концентрация азотной флегмы хА принимается равной или приблизительно равной концентрации уА отходящего из верхней колонны газообразного азота.
При концентрации кислорода 99.2 моль О2/моль (по условию), концентрация азота в уходящем азоте составляет 4 моль О2/моль. уА= хА=0.973 моль N2/моль[9].
Концентрация кубовой жидкости (при вводе в колонну смеси дросселируемого и расширенного в детандере воздуха, если установка работает по циклу высокого давления) хR = 0.32-0.34 моль О2/моль. хR=0.34 моль O2/моль[9].
При расчёте процесса разделения воздуха в колонне двукратной ректификации давление в верхней колонне принимается исходя из гидравлических сопротивлений коммуникаций и аппаратов, стоящих на пути продуктов разделения. Обычно сопротивление этих линий составляет 0.03…0.04 МПа. Тогда давление в низу верхней колонны будет:
Pв.к = 0.13…0.14 МПа.
Принимается Pв.к = 0.13 МПа.
Для получения среднего давления при котором кипит жидкий кислород в межтрубном пространстве конденсатора, необходимо учесть давление гидростатического столба жидкости Pср.к.
, где
H-высота гидростатического столба жидкости в конденсаторе, принимается равной 0.4…0.8 м. Принимается H=0.5 м. с02 - плотность жидкого кислорода при его состоянии в конденсаторе-испарителе. Принимаю с02 = 1118.5 кг/м3.
МПа
По концентрации кислорода и среднему давлению в колонне определяется средняя температура кипения кислорода .
К [2]. Принимая средний температурный напор в конденсаторе-испарителе равным = 3…4 К, определяется температура конденсации паров азота:
,
К. По температуре конденсации азота определяется давление в нижней колонне.
МПа [2].
1. Расчет узла ректификации
Расчет ректификации на ЭВМ выполняется в программе, разработанной на языке FORTRAN, и позволяет производить термодинамический и технологический расчеты ректификационных колонн. Она представляет собой структурированный файл, состоящий из нескольких программ типа SUBROUTINE. Программа разработана на кафедре криогенной техники, находится в студенческом архиве и имеет имя KOLONNA. Структура головного сегмента приводится ниже:
При расчете процесса ректификации воздух рассматривается как смесь трех компонентов N2 - Аr - О2.
В колонну подается шесть потоков питания: N, S, R, D и выводится пять продуктов разделения: А, Е, С, Н, К.
При проведении этого расчета используются принятые концентрации продуктов разделения воздуха и концентрации промежуточных продуктов разделения - кубовой жидкости и азотной флегмы.
Методика расчета процесса ректификации позволяет рассматривать воздух как смесь трех компонентов и дает возможность проводить определение не только числа теоретических тарелок, но и действительных.
При расчете колонн простой структуры «лишние» потоки обнуляются. Для расчета нижней колонны задаются количество вещества в потоке питания В, его состав и энергетическое состояние, тепловая нагрузка на конденсатор (Q=4000-5000 Дж/моль), давление колонны. Конечными продуктами разделения являются азотная флегма D и кубовая жидкость R, которые являются потоками питания для расчета верхней колонны. Продуктами разделения верхней колонны являются потоки газообразного азота А и жидкого кислорода К.
Основу расчета составляет определение средних коэффициентов эффективности каждой тарелки, которые зависят от гидродинамических, конструктивных и термодинамических показателей.
Коэффициенты эффективности рассчитываются по схеме:
.
где z - число ветвей потоков на тарелке,
gz - относительный расход жидкости на ветвях потока (У gz=1),
цz - относительная скорость пара на ветвях потока,
sz - число секций полного перемешивания в ветвях потока.
При расчете расстояние между тарелками l, должно быть таким, чтобы верхняя граница слоя пены не доходила до вышележащей тарелки () [2].
Для определения материальных потоков и нагрузки на конденсатор-испаритель производится термодинамический расчет.
Полученные результаты:
А= 0.8108786 моль / моль - азот;
К= 0.1891192 моль / моль - кислород;
R= 0. 5830671 моль / моль - кубовая жидкость;
D= 0. 4169329 моль / моль - азотная флегма.
Тепловая нагрузка на конденсатор составила Q=4134 кДж/кмоль.
Для определения геометрических, термодинамических и гидродинамических параметров ректификационных колонн производится технологический расчет (приложение 2).
Из результатов расчета видно, что коэффициент эффективности тарелки находится в пределах 0.5-0.8, расстояние между тарелками соответствует рекомендуемому расстоянию между тарелками для колонн определенного диаметра [3].
При сопоставлении полученных результатов с данными из литературы можно сделать вывод о том, что процесс ректификации выполнен правильно [2].
Расчет параметров установки.
Баланс установки.
,
где плотность воздуха при нормальных условиях[7],
плотность азота при нормальных условиях[7],
плотность кислорода при нормальных условиях[7],
изотермический эффект Джоуля - Томпсона,
адиабатный перепад в детандере,
адиабатный КПД детандера[9],
теплоприток из окружающей среды, задается по производительности установки[9],
разность температур на теплом конце теплообменника - ожижителя,
теплоемкость азота при и [7].
кДж/кг,
550.98 кДж/кг[7],
= 515.53 кДж/кг[7],
Из выражения определяется энтальпия точки [1],
где 496.95 кДж/кг[7],
381.9 кДж/кг[7] - принимается,
кДж/кг кДж/кг.
энтальпия газообразного кислорода при и
494.64 кДж/кг[7],
=545.7 кДж/кг[7],
энтальпия жидкого кислорода при и
температура жидкого кислорода заданной концентрации при выходе из испарителя.
93 К[7],
147.21 кДж/кг[7],
137.04 кДж/кг[7],
Из основного баланса установки выражается - доля воздуха, идущего на расширение в турбодетандер:
= 0.54 кг/кг.
После определения доли воздуха, поступающего на расширение в турбодетандер, проверяется на работоспособность основной теплообменный аппарат. Для этого строятся температурные кривые.
,
,
,
,
,
Таблица 1
, кДж/кг |
, кДж/кг |
ТВ, К |
ТН, К |
, К |
1/ |
||
0-0 |
497 |
520,8 |
283,1 |
263,5 |
19,6 |
0.077 |
|
1-1 |
466,367 |
502,89 |
260,5 |
246,2 |
14,3 |
0.075 |
|
2-2 |
435,734 |
484,98 |
239,4 |
229,1 |
10,3 |
0.098 |
|
3-3 |
405,101 |
467,07 |
219,8 |
211,9 |
7,9 |
0.119 |
|
4-4 |
374,468 |
449,16 |
202,1 |
194,8 |
7,3 |
0.122 |
|
5-5 |
343,835 |
431,25 |
185,5 |
177,6 |
7,9 |
0.109 |
|
6-6 |
313,202 |
413,34 |
169,7 |
160,5 |
9,2 |
0.091 |
|
7-7 |
282,569 |
395,43 |
154,1 |
143,4 |
10,7 |
0.079 |
|
8-8 |
251,936 |
377,52 |
138,4 |
126,4 |
12 |
0.072 |
|
9-9 |
221,303 |
359,61 |
122,4 |
109,5 |
12,9 |
0.069 |
|
10-10 |
190,67 |
341,7 |
105,8 |
92,7 |
13,1 |
0.068 |
,
- среднеинтегральная разность температур,
К - минимальная разность температур между потоками.
Из полученных зависимостей видно, что теплообменный аппарат функционирует исправно, следовательно, долю воздуха, идущего на расширение в турбодетандер можно оставить равной .
Баланс переохладителя азотной флегмы.
,
где - теплоемкость флегмы при и
изменение температуры азотной флегмы при прохождении ее через переохладитель, плотность азотной флегмы при нормальных условиях [7],
328.1 кДж/кг[7],
333.44 кДж/кг - К[7].
Баланс переохладителя кубовой жидкости.
,
где - теплоемкость кубовой жидкости при и
- теплоемкость кислорода при нормальных условиях[7],
изменение температуры кубовой жидкости при прохождении ее через переохладитель,
плотность кубовой жидкости при нормальных условиях,
332.82 кДж/кг[7],
кДж/кг - К[7].
2. Баланс переохладителя жидкого кислорода
,
изменение температуры жидкого кислорода при прохождении ее через переохладитель,
153.98 кДж/кг[7],
кДж/кг - К[7].
Баланс теплообменника-ожижителя.
,
где ,
547.5 кДж/кг[7],
Из баланса теплообменника-ожижителя выражается :
=
520.1 кДж/кг.
Баланс основного теплообменного аппарата.
.
Из баланса основного теплообменного аппарата выражается :
кДж/кг.
Параметры узловых точек
№ точки |
Температура T, К |
Давление p, МПа |
Энтальпия i, кДж/кг |
|
1В |
297.25 |
20 |
550.98 |
|
2В |
297.25 |
20 |
515.53 |
|
3В |
276 |
20 |
494.64 |
|
4В |
278 |
20 |
496.95 |
|
5В |
134 |
0.55 |
381.69 |
|
6В |
128.5 |
20 |
233.24 |
|
1А |
80.5 |
0.13 |
328.1 |
|
2А |
85.3 |
0.13 |
333.8 |
|
3А |
93.4 |
0.13 |
343.26 |
|
4А |
263 |
0.13 |
520.1 |
|
5А |
289.25 |
0.13 |
547.5 |
|
К0 |
297.25 |
0.13 |
545.7 |
|
1К |
93 |
0.13 |
147.21 |
|
2К |
87 |
0.13 |
137.04 |
|
1R |
97.2 |
0.55 |
163.95 |
|
2R |
92.7 |
0.55 |
153.98 |
|
3R |
79.2 |
0.13 |
153.98 |
|
4R |
79.2 |
0.13 |
157.15 |
|
1D |
95.2 |
0.55 |
163.85 |
|
2D |
90.2 |
0.55 |
153.15 |
Определение массовых расходов.
Количество перерабатываемого воздуха, приведенного к нормальным условиям.
,
где - производительность по жидкому кислороду, кг/с.
3219 м3/ч.
кг/с - массовый расход установки по воздуху, кг/с - массовый расход на турбодетандер, кг/с - массовый расход на основной теплообменник,
кг/с - массовый расход азотной флегмы,
кг/с - массовый расход кубовой жидкости,
кг/с - массовый расход отбросного азота.
3. Расчет теплообменных аппаратов
Расчет теплообменника обычно заключается в определении площади F поверхности теплообмена и связанных с ней геометрических параметров аппарата. Кроме того, находят гидродинамическое сопротивление, которое не должно превышать допустимого значения. Расчет выполняют на основании уравнений теплового баланса и конвективной теплопередачи, которые для двухпоточного аппарата при постоянном расходе G принимают вид:
[2],
Для определения коэффициентов теплоотдачи от азотной флегмы к стенке трубки в программе используется выражение:
коэффициент теплоотдачи от трубок к потоку отбросного азота:
Коэффициент теплоотдачи, отнесенный к наружной поверхности труб
.
Расчет переохладителя азотной флегмы.
Исходные данные для расчета:
Температура прямого потока на входе в аппарат: 95.2 К,
Температура прямого потока на выходе из аппарата: 90.2 К,
Давление прямого потока: 0.55 МПа,
Расход: 0.481 кг/с,
Скорость потока: 0.6 м/с,
Температура обратного потока на входе в аппарат: 80.5 К,
Температура обратного потока на выходе из аппарата: 85.3 К,
Давление обратного потока: 0.13 МПа,
Скорость потока: 4.0 м/с,
Тепловая нагрузка: 5.147 кВт.
Средняя разность температур:
К [11],
Выбраны гладкие медные трубки, внешний диаметр dнар= 10 мм, толщина стенки 1 мм.
Вид навивки: шаговая; относительный осевой шаг навивки у2=1.8, относительный диаметральный шаг навивки у1=1,0.
Диаметр сердечника 0.2 м.
Результаты расчета - смотри приложение 4.
Расчет переохладителя кубовой жидкости.
Исходные данные для расчета:
Температура прямого потока на входе в аппарат: 97.2 К,
Температура прямого потока на выходе из аппарата: 92.7 К,
Давление прямого потока: 0.55 МПа,
Расход: кг/с,
Скорость потока: 1.25 м/с,
Температура обратного потока на входе в аппарат: 85.3 К,
Температура обратного потока на выходе из аппарата: 93.4 К,
Давление обратного потока: 0.13 МПа,
Расход: 0.935 кг/с,
Скорость потока: 8.0 м/с,
Тепловая нагрузка:
5.29 кВт.
Средняя разность температур:
К [11],
Выбраны гладкие медные трубки, внешний диаметр dнар= 10 мм, толщина стенки 1 мм.
Вид навивки: шаговая; относительный осевой шаг навивки у2=1.8, относительный диаметральный шаг навивки у1=1,0.
Диаметр сердечника 0.2 м.
Результаты расчета - смотри приложение 5.
Расчет основного теплообменника.
Исходные данные для расчета:
Температура прямого потока на входе в аппарат: 278 К,
Температура прямого потока на выходе из аппарата: 128.5 К,
Давление прямого потока: 20 МПа,
Расход: 0.672 кг/с,
Скорость потока: 0.5 м/с,
Температура обратного потока на входе в аппарат: 93.4 К,
Температура обратного потока на выходе из аппарата: 263 К,
Давление обратного потока: 0.13 МПа,
Расход: 0.935 кг/с,
Скорость потока: 4.0 м/с,
Тепловая нагрузка: 140.03 кВт.
Среднеинтегральная разность температур: ,
Выбраны медные трубки, оребренные проволокой. Внешний диаметр dнар= 10 мм, толщина стенки 1.5 мм., эквивалентный диаметр - dЭ= 2.42 мм., диаметр проволоки - dП= 1.6 мм., шаг оребрения - tP=5.5 мм., коэффициент оребрения - =2.96, относительный осевой шаг навивки у2=1.0, относительный диаметральный шаг навивки у1=1,0.
Диаметр сердечника 0.2 м.
Результаты расчета - смотри приложение 6.
Расчет теплообменника - ожижителя.
Исходные данные для расчета:
Температура прямого потока на входе в аппарат: 297.25 К,
Температура прямого потока на выходе из аппарата: 276 К,
Давление прямого потока: 20 МПа,
Расход: 1.153 кг/с,
Скорость потока: 2.0 м/с,
Температура обратного потока на входе в аппарат: 263 К,
Температура обратного потока на выходе из аппарата: 289.25 К,
Давление обратного потока: 0.13 МПа,
Расход: 0.935 кг/с,
Скорость потока: 8.0 м/с,
Тепловая нагрузка:
24.09 кВт.
Средняя разность температур:
К [11],
Выбраны гладкие медные трубки, внешний диаметр dнар= 8 мм, толщина стенки 1 мм.
Вид навивки: разреженная; относительный осевой шаг навивки у2=1.2, относительный диаметральный шаг навивки у1=1,2.
Диаметр сердечника 0.16 м.
Результаты расчета - смотри приложение 7.
Анализируя данные расчетов теплообменных аппаратов, рассчитанных выше, можно отметить:
1. Получены вполне приемлемые данные по отношению , где DН - диаметр последнего ряда навивки.
2. Теплообменные аппараты не имеют значительного расхождения по длине трубок.
3. Гидродинамические сопротивления прямых и обратных потоков не превышают допустимых значений.
Расчет переохладителя жидкого кислорода [3].
Тепловой расчет теплообменника.
Целью теплового расчета теплообменника является определение необходимой поверхности теплообмена.
Тепловая нагрузка 2.461 кВт.
Проходное сечение трубки:
м2,
По данным, при конструировании и расчете витых поперечноточных теплообменников рекомендуются следующие значения скоростей потоков: скорость потока жидкости 0.5-2 м/с.
Принимается скорость прямого потока щ1=0.5 м/с. Тогда необходимое число трубок:
22
где, =1127.5 кг/м3-плотность жидкого кислорода при Т=92.8 К и р=0.13 МПа [7].
Принимается n=15.
Тогда уточненное значение скорости в трубках теплообменника:
м/с.
Критерий Рейнольдса:
,
где = Па/с - коэффициент динамической вязкости жидкого кислорода при р=0.13 МПа и T=90.3 К.
При движении потока внутри труб витого теплообменника значения критических чисел , характеризующих начало перехода ламинарного режима к турбулентному, зависят от относительной кривизны намотки , где R - средний радиус намотки.
В первоначальном варианте расчета =0.009 м, тогда:
.
Критерий Прандтля:
,
где =1.656 кДж/кг - теплоемкость жидкого кислорода при р=0.13 МПа и T=90.3 К [7],
=1.46 Вт/(м2 К) - коэффициент теплопроводности жидкого кислорода при р=0.13 МПа и T=90.3К [7].
Критерий Нуссельта:
,
Вт/(м2 К).
Определяется коэффициент теплоотдачи от трубок к обратному потоку.
Так как на данной стадии расчета не известны конструктивные размеры теплообменника и невозможно оценить гидравлические потери в межтрубном пространстве, принимается щ2=0.3 м/с.
Критерий Рейнольдса:
, где
где, =869.3 кг/м3-плотность кубовой жидкости при Т=79.2 К и р=0.13 МПа [7],
= Па/с - коэффициент динамической вязкости кубовой жидкости при р=0.13 МПа и T=79.2 К [7].
При принятых в расчете значениях t1 и t2 относительные диаметральный и осевой шаги будут равны у1=1.15, у2=1.0 (плотная навивка).
Критерий Нуссельта в этом случае определяется по формуле , где С= 0.0185, n=0,95). Тогда
Коэффициент теплоотдачи от трубок к потоку кубовой жидкости:
, где
Вт/(м2 К) - коэффициент теплопроводности кубовой жидкости при р=0.13 МПа и T=79.2 К [7].
Коэффициент теплоотдачи, отнесенный к наружной поверхности труб:
Вт/(м2 К).
Теплопередающая поверхность:
м2,
ДT-среднелогарифмическая разность температур.
Тепловой расчет теплообменника.
Целью конструктивного расчета теплообменника является определение его наружного диаметра и высоты навивки исходя из полученной поверхности теплообмена.
Среднее сечение свободного объема межтрубного пространства:
м2,
Диаметр сердечника Dc принимается равным 20 dн.
м.
Удельное свободное сечение:
м2/ м2.
Площадь поперечного сечения теплообменника составит:
м2.
Внутренний диаметр обечайки:
м.
Число рядов навивки теплообменника:
,
m=2.
Так как число рядов навивки округляется до целого числа, пересчитывается D0 и находится значение изменения проходного сечения то ранее полученного:
м.
Средняя длина труб теплообменника:
м.
Высота навивки:
м,
где м;
так как угол в мал, то cos в 1.
Определяются гидравлические сопротивления. Коэффициент сопротивления для прямой трубы:
, ш=1.1.
Гидравлическое сопротивление трубного пространства:
Па,
Гидравлическое сопротивление межтрубного пространства рассчитывается по зависимости вида:
,
где Eu - критерий Эйлера,
В и k - значения коэффициентов, в зависимости от Re2, у1 и у2.
В=5.6, k=0.1.
.
Па,
где .
Данный расчет теплообменника рассматривается как предварительный, целью которого было определение основных конструктивных характеристик аппарата и оценка гидравлического сопротивления и на линиях прямого и обратного потоков.
4. Расчет конденсатора-испарителя
Для осуществления низкотемпературной ректификации воздуха необходимо получать потоки флегмы и пара. Эту задачу в узле ректификации функционально решает конденсатор-испаритель. Процесс конденсации одного из потоков осуществляется за счет кипения жидкости другого потока. Поскольку составы потоков различны, давления в полостях кипения и конденсации выбирают таким образом, чтобы обеспечить необходимую разность температур для передачи теплоты от конденсирующегося потока кипящей жидкости. Теплообмен при кипении и конденсации должен осуществляться при минимальной разности температур. Эта разность называется температурным напором ДТ. В современных аппаратах ДТ=2-3.5 К.
Для автоматизированного расчета трубчатого конденсатора - испарителя используется программа RKINOT, разработанная на кафедре.
Исходные данные:
Параметры трубки:
Внешний диаметр трубки - 0.055 м.
Внутренний диаметр трубки - 0.051 м.
Высота трубки - 2 м.
Ширина ребра у основания - b=0.003 м.
Ширина ребра у вершины - d=0.001 м.
Расстояние между ребрами - с=0.001 м.
Высота ребра а=0.005 м.
Шаг размещения трубок - 0.065 м.
Число ребер в трубке - 39.
Рабочий агент в испарителе - кислород.
Рабочий агент в конденсаторе - азот.
Рабочее давление в испарителе - 0.13 МПа.
Тепловая нагрузка аппарата
кВт.
Температурный напор - ДТ=3.5 К.
При расчете необходимо обратить внимание на следующие параметры:
- давление в конденсаторе (должно быть ? рнк),
- суммарный температурный напор кипения и конденсации должен быть от 2.3 до 2.7 К,
- количество трубок не должно превышать 100 шт.
Результаты расчета приведены в приложении (9).
5. Расчет адсорбционного блока комплексной осушки и очистки воздуха
ректификационный переохладитель кислород жидкий
Исходные данные.
Расчет производится по рекомендациям из [3].
Количество воздуха: V=3219м3/ч.
Давление воздуха: р=4МПа.
Температура воздуха на входе в блок осушки и очистки: Та=276К.
Среднее содержание двуокиси углерода в воздухе СО2 - 0,03%.
Насыпной вес гидратированного цеолита марки NaX: сц=800 кг/м3.
Динамическая ёмкость цеолита NaX по двуокиси углерода: ад=15 см3/г=0,015 м3/кг
Время защитного действия слоя адсорбента.
Параметры ЦБ-1000/64:
- наружный диаметр сосуда Dн=530 мм=0,530 м,
- толщина стенки д=20 мм=0,02 м,
- высота сосуда Н=3000 мм=3,00 м
- высота слоя засыпки адсорбента Нз= 0,92·Н=0,92·3000=2760 мм = 2,76 м,
- масса цеолита m=820 кг.
Блок комплексной осушки и очистки воздуха будет состоять из двух групп переключающихся адсорберов по три в каждой.
Расход очищаемого воздуха при условиях адсорбции, т.е. при р=4 МПа, Та=276К:
.
Тогда скорость очищаемого воздуха при условиях адсорбции будет равна:
,
где - внутренний диаметр сосуда;
n=3 - количество одновременно работающих адсорберов.
Масса дегидратированного цеолита, находящегося в одном работающем адсорбере:
.
Количество СО2, поступающей в единицу времени в адсорбер:
.
Количество СО2, которое способен поглотить цеолит:
.
Тогда время защитного действия адсорбента:
.
Список литературы
1. Архаров А.М., Марфенина И.В., Микулин Е.И. Криогенные системы. В 2 т. Т. 1: Основные теории и расчета: Учебник для студентов вузов. 3-е изд. М.: Машиностроение, 1996. 575 с;
2. Архаров А.М., Смородина А.И. Криогенные системы. В 2 т. Т.2: Основы проектирования аппаратов, установок и систем: Учебник для студентов вузов. 2-е изд. М.: Машиностроение, 1999. 720 с;
3. Расчет криогенных установок. Л.А. Акулов, Е.И. Борзенко, С.С. Будневич. Учеб. Пособие для холодильных и технологических вузов. 2-е изд., перераб. и доп. Л.: Машиностроение, 1979. 367 с.
4. Справочник по физико-техническим основам криогеники. Под ред. М.П. Малкова М.: Энергия, 1973.
5. Солнцев Ю.П., Борзенко Е.И., Вологжанинова С.А. Материаловедение, выбор и применение. Учебное пособие. ХИМИЗДАТ.
6. А.А. Лощинский, А.Р. Торчинский. Основы конструирования и расчета химической аппаратуры. 2-е изд., перераб. и доп. Л.: Машиностроение.
7. Теплофизические св-ва криопродуктов. Учебное пособие для вузов. Л.А. Акулов,
Е.И. Борзенко, В.Н. Новотельнов. СПб: Политехника, 2001. - 243 с.
8. Акулов Л.А., Холодковский С.В. Криогенные установки (атлас технологических схем криогенных установок): Учеб. пособие.-СПб.:СПбГАХПТ, 1995. -65 с.
9. Акулов Л.А., Холодковский С.В. Криогенные установки. Метод. указания.
2-е изд., испр. - СПб.: СПбГУНиПТ, 2008. -33 с.
10. Л.А. Акулов, Е.И. Борзенко. Расчет на ЭВМ ректификационных колонн узла разделения воздуха. Метод. указан. 2-е изд., испр. - СПб.: СПбГУНиПТ, 2008. -25 с.
11. Л.А. Акулов, Е.И. Борзенко, Иванов Д.Н., Расчет двухпоточных витых
Теплообменников на ЭВМ. Метод. указан. - СПб.: СПбГУНиПТ, 2008. -33 с.
12. Автоматизированный расчет трубчатых конденсаторов-испарителей.
Л.А. Акулов, Е.И. Борзенко, А.В. Зайцев, Метод. указан. по курсовому и
дипломному проектированию. СПб.: СПбГУНиПТ, 2007. -33 с.
13. Акулов Л.А., Холодковский С.В. Графическая часть курсовых проектов.
Метод. указан. СПб.: СПбГУНиПТ, 2008. -38 с.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Расчет ректификационных колонн по методу Льюиса и Мачесона на основе изменения концентраций компонентов воздуха. Расчет ректификационных колонн с регулярной насадкой, а также процессов при получении особо чистых веществ в автономных криогенных модулях.
контрольная работа [1,2 M], добавлен 01.03.2015Составление принципиальной схемы компрессорной установки и системы осушки. Технология производства сжатого воздуха. Расчёт участка магистрального трубопровода. Выбор и термодинамический расчет холодильной машины блока осушки. Оценка потери давления.
курсовая работа [97,1 K], добавлен 30.03.2014Расчет горения топлива. Тепловой баланс котла. Расчет теплообмена в топке. Расчет теплообмена в воздухоподогревателе. Определение температур уходящих газов. Расход пара, воздуха и дымовых газов. Оценка показателей экономичности и надежности котла.
курсовая работа [4,7 M], добавлен 10.01.2013Нахождение содержания кислорода в продувочном аргоне. Определение функции концентрации кислорода в сосуде по времени продувки. Выражение объема кислорода в сосуде дифференциальным уравнением. Построение графика функции, таблицы по концентрациям кислорода.
задача [19,2 K], добавлен 23.08.2015Виды топлива, его состав и теплотехнические характеристики. Расчет объема воздуха при горении твердого, жидкого и газообразного топлива. Определение коэффициента избытка воздуха по составу дымовых газов. Материальный и тепловой баланс котельного агрегата.
учебное пособие [775,6 K], добавлен 11.11.2012Тепловой и конструктивный расчет отопительного пароводяного подогревателя горизонтального типа и секционного водоводяного теплообменника. Подбор критериальных уравнений для процессов теплообмена. Определение коэффициентов теплоотдачи и теплопередачи.
курсовая работа [1,7 M], добавлен 15.12.2010Определение присосов воздуха и коэффициентов избытка воздуха по отдельным газоходам. Тепловой баланса котла. Метод расчета суммарного теплообмена в топке с пневмомеханическим забрасывателем и цепной решеткой обратного хода. Расчет топочной камеры.
курсовая работа [203,9 K], добавлен 18.01.2015Расчет температур поверхности кожуха аппарата прямоугольной формы; нагретой зоны герметичного блока; аппарата с внутренней принудительной циркуляцией воздуха; теплового режима аппаратов кассетной конструкции групп А и Б и с принудительной вентиляцией.
практическая работа [223,8 K], добавлен 06.08.2013Значение тепловой обработки. Требования, предъявляемые к пищеварочным котлам. Принципиальные схемы теплообменных аппаратов с рубашкой. Электрические нагревательные устройства. Тепловой расчет аппарата. Тепловой баланс аппарата и определение баланса.
дипломная работа [1,5 M], добавлен 28.04.2013Характеристика котла ДЕ-10-14ГМ. Расчет объемов продуктов сгорания, объемных долей трехатомных газов. Коэффициент избытка воздуха. Тепловой баланс котельного агрегата и определение расхода топлива. Расчет теплообмена в топке, водяного экономайзера.
курсовая работа [267,4 K], добавлен 20.12.2015