Методические указания к лабораторной работе "Исследование работы воздухоразделительной установки Ажк-0.02 в режиме получения жидкого азота", страница 3

В=Вотх + Аж + Ап ....                                                                                  (4)

и материального баланса установки по нижекипящему компоненту

0,791 В= Вотх·Уотх+ (Аж+Ап)·Ха,...                                                         (5)

Предполагается, что воздух является бинарной смесью О+N и находящийся в нем аргон присоединяется к азоту.

где 0,791- мольная объемная доля азота в воздухе; Уотх- мольная доля азота в отходящем газе; Ха- мольная доля азота в продукционном азоте.

В связи с тем, что сливаемый в сосуд Дьюара жидкий азот имеет достаточно высокую концентрацию, содержание азота в парах, образовавшихся при испарении части жидкости при сливе,  будет очень незначительно отличаться от содержания азота в жидкости,  поэтому концентрации паровой и жидкой фаз с достаточной для расчетов точностью могут быть приняты одинаковыми.

5. Определение притока теплоты из окружающей среды через

изоляцию криогенного блока.

Эта величина Q₃ , кДж/ч находится из общего энергетического баланса всей установки

Q=Q₁+ Q₂ + Q₃ + Q₄ + Q₅, ....                                                                                 (6)

где Q - холодопроизводительность установки, кДж/ч; Q₁- потери холода с выводимым жидким азотом, кДж/ч; Q₂- потери холода от недокуперации с обратным потоком, кДж/ч; Q₄- потери холода, связанные с включением цеолитового блока, кДж/ч; Q₅- потери  холода  из-за  конденсации части водяного пара в ожижители влаги, кДж/ч

Общая холодопроизводительность установки Q (величина, стоящая в левой части уравнения(6)) определяется из выражения:

Q= B Δi_т + В_Д (i₄ – i₅), где Вд - количество воздуха, направляемого на детандер; i- изотермический эффект дросселирования чистого воздуха,  кДж/м³ (разность энтальпии при Т между давлениями Р_атм и Р₁); i₄ и i₅ - энтальпии воздуха до и после детандера.

Величина Вд находится после нахождения величины дроссельного потока Вдр (см. ниже).

Потери холода с жидким азотом

Q₁ = (А_ж+ А_п) (i₁^А – i₀^А),...                                                                           (7)

где i₁^А и i₀^А -соответственно энтальпия азота при температуре окружающей среды и энтальпия жидкого азота при давлении 0,1 МПа, КДж/м³.

Потери холода от недорекуперации с отходящим потоком

Q₂= В_отх Ср_отх(Т₁- Т₁₄),...                                                                              (8)

где Ср_отх- удельная теплоемкость  отходящего  газа,  кДж/м³·К, при Р= Р_атм и Т= (Т₁+Т₁₄)/2

Потери холода за счет включения цеолитового блока после теплообменника - ожижителя влаги

Q₄= В(i₃ – i₂),...                                                                                             (9)

где i₂ и i₄ - энтальпии воздуха высокого давления при температуре входа в цеолитовый блок и выхода из него, кДж/м.

Потери холода за счет охлаждения и частичной концентрации водяного пара в ожижителе влаги

Q₅= B·ρ_в  (с_п(Х₁Т₁- Х₂Т₂)+ (r_n- с_вТ₂),...                                              (10)

где ρ_в- плотность воздуха при нормальных условиях х, кг/м;с_n- теплоемкость водяного пара; с_n=1,9 кДж/кгК; х₁ и х₂- соответственно абсолютные влажности при температурах Т₁ и Т₂; кг/кг; rn-теплота конденсации водяного пара при 273 К; r_n=2500кДж/кг; с_в- теплоемкость воды, кДж(кгК)

Для определения  количества  воздуха,  поступающего в детандер, составляем тепловые балансы  теплообменника ожижителя  и основного теплообменника.

Тепловой баланс ожижителя влаги

В(i₁ – i₂) + Q₅ + Вq₃^ож= В_отх(i₁₄ –i₁₃),...                                               (11)

где i и i - энтальпии воздуха на входе и выходе из ожижителя влаги; g- удельный приток теплоты через изоляцию из окружающей среды к ожижителю влаги; i -i- энтальпии отходящего потока на входе и выходе из  ожижителя влаги.