Расчет и проектирование криогенной воздухоразделительной установки, предназначенной для одновременного получения газообразного азота и кислорода, страница 6

∑N=

- затраты энергии на сжатие воздуха в воздушном компрессоре, где V_в=945 кг/м³ - количество перерабатываемого воздуха,

β=5%-потери воздуха при продувках и отогревах,

 =1,2928 кг/м³ - плотность воздуха(Т=293,Р=0,1МПа)- по [1],

R=287,1Дж/(кгК)-газовая постоянная для воздуха – по [1],

Р₂=4МПа- рабочее давление установки,

η_из=0,6 – изотермический КПД компрессора,

КВт,

- затраты энергии, связанные с работой насоса,

Где V_к=107,2-количество перерабатываемого кислорода в насосе,

l_н=17,49 кДж/кг- удельная работа насоса,

η_мех =0,9 – механический КПД насоса,

 КВт,

- расход энергии отдаваемой детандером,

Где Vвд=356,3 м³/ч – количество воздуха подаваемого на детандер,

h0=i5в-i`5в=379,34-324,12=55,22 кДж/кг – адиабатный перепад энтальпий,

η_ад=0,69 –адиабатный КПД детандера (из расчета),

η_мех=0,92 – механический КПД детандера,

,

Отсюда:

∑N=174,525+0,57-4,48=170,615 КВт.

2. Удельные эксэргии продуктов разделения.

Удельные эксэргии e_i  определяются исходя из параметров получаемого продукта:

- Для азота при Х_N=99,98% N2, Р=0,1МПа, Т=283 К,

e_N2=0,092 (кВтч)/м³;

- Для кислорода при Х_K=99,7%, Р=10 МПа, Т=285К,

e_О2=16,18 (кВтч)/м³;

-Для аргонной фракции при Х_A=57% N2, Р=0,1МПа, Т=283,6К,

e_ф=0,077 (кВтч)/м³;

3. Коэффициент распределения.

Коэффициент распределения определяется как соотношение эксэргии продукта разделения к суммарной эксэргии всех получаемых из криогенного блока продуктов разделения.

k=0,45 –для продуктов получаемых в сжатом виде,

k=1 – для продуктов, выходящих в виде газа под атмосферным давлением.

1)Для азота:

 =

2)Для кислорода:

=

3)для аргонной фракции:

=

4. Удельные затраты энергии на каждый продукт.

 

1)Для азота:

2)Для кислорода:

3) Для аргонной фракции:

Расчет конденсатора-испарителя.

Расчет производится по рекомендациям из учебного пособия [2].

1.Тепловая нагрузка на конденсатор-испаритель из баланса нижней колонны:

Q_k =i*_11в+q _3н.к. -Ri*_1R -D i*_1D;

q_3н.к=0,5q_3к=0,3q₃V_м=0,67,122,4=47,71Дж/Моль-удельные холодопотери в окружающую среду в нижней колонне,

i*_11в=9255,08 Дж/Моль- из расчета,

i*_1R=5600 Дж/Моль-энтальпия кубовой жидкости на выходе из нижней клоны (нас.жидк., 66% N₂, р=0,6МПа)- по номограмме,

i*_1D=3800 Дж/Моль- азотная флегма на выходе из нижней колонны(нас.жидк., 99,98% N₂, р=0,6МПа)- по номограмме,

Q_k =1*9255,08+47,71-0,6145*5600-0,3855*3800=4396,69 Дж/Моль.

Тепловая нагрузка на конденсатор-испаритель из баланса верхней колонны:

Q_k =i*_1а+ki*_1k. +Фi*_1Ф - q _3в.к - Ri`_4R- Di*_2D;

q_3в.к = q_3н.к=47,71 Дж/Моль- удельные холодопотери в окружающую среду в верхней колонне,

i*_1а= 8200 Дж/Моль – азот на выходе из верхней колонны (сухой нас. пар, 99,98% N₂, р=0,14МПа)- по номограмме,

i*_1Ф =11800 Дж/Моль- аргонная фракция на выходе из верхней колонны (сухой нас. пар, 57% N₂, р=0,14МПа)- по номограмме,

i*_1k=8500 Дж/Моль-кислород на выходе из конденсатора-испарителя (нас. жидк, 99,7% О₂, р=0,14МПа)- по номограмме,

Энтальпию i`_4R определяем из баланса переохлодителя 11(рис. 1):

;

I*_2R= i`<sub>3R</sub>= i`_1R-=5600-2,02329,46=5343,14 Дж/Моль- кубовая жидкость после переохлодителя 10,

I*_1R=5600 Дж/Моль-кубовая жидкость на выходе из нижней колонны (нас.жидк., 66% N₂, р=0,6МПа)- по номограмме;

Молекулярная масса:

=+=280,66+320,34=29,4 кг/моль,

=5297,41 Дж/Моль,

I*_2D= i*_1D-=3800-2,192286=3431,74 Дж/Моль,

Q_k=0,66378200+0,11358500+0,222811800-47,71-0,61455297,41-0,38553431,74=4410,22 Дж/Моль;

Процент расхождения между найденными Q_k:

 

, расчеты выполнены верно.

2. Конструктивные параметры конденсатора-испарителя (рис.3):

Принимаем:

-расстояние между решетками:=1,6 м.;

-внутренний и наружный диаметры трубок: d_вн=0,051м, d_нар=0,055м.;

-количество ребер: N=39 шт.

Геометрическая характеристика ребер:

a=0,005м;

b=0,003м;

c=0,001м;

d=0,001м.

3. Удельная тепловая нагрузка со стороны конденсации:

q_конд=,

=А,

А;