Иcпытание установки получения жидкого азота (ЗИФ-702) с криогенной газовой машиной: Методические указания к лабораторным работам

Министерство образования Российской Федерации

Санкт-Петербургский государственный университет
 низкотемпературных и пищевых технологий

Кафедра криогенной техники

ИСПЫТАНИЕ  УСТАНОВКИ  ПОЛУЧЕНИЯ
ЖИДКОГО  АЗОТА (зиф-702)
С  КРИОГЕННОЙ  ГАЗОВОЙ  МАШИНОЙ

 Методические указания
к лабораторной работе
для студентов специальности 070200 и 101700

Санкт-Петербург  2002

УДК  621.59

Акулов Л.А., Холодковский С.В.  Иcпытание установки получения жидкого азота (ЗИФ-702) с криогенной газовой машиной: Метод.  указания  к  лабораторной работе  для студентов спец. 070200 и 101700. – СПб.: СПбГУНиПТ, 2002. – 26 с.

            Представлена схема установки ЗИФ-702 принцип ее действия, а также порядок проведения испытаний и необходимые рекомендации по обработке опытных данных.

Рецензент

Канд. техн. наук, проф.  В.М. Азарсков

Одобрены к изданию советом факультета криогенной техники

Ó Санкт-Петербургский государственный

университет низкотемпературных

и пищевых  технологий, 2002

ВВЕДЕНИЕ

В представленной работе изложена методика выполнения двух лабораторных работ, целью которых является более полное изучение и освоение установки ЗИФ-702, предназначенной для получения жидкого азота.

Принцип работы установки

Воздухоразделительная установка типа ЗИФ-702 состоит из азотной колонны и криогенной газовой машины. Установка предназначена для получения не менее 5 л/ч жидкого азота чистотой не ниже 99%

На рис. 1 дано схематическое изображение азотной установки, состоящей из следующих основных элементов: КГМ – криогенной газовой машины;  РК –  ректификационной колонны; ТВ – теплообменника-вымора-живателя влаги и углекислоты (РК и ТВ располагаются в одном блоке).

Атмосферный воздух 1 поступает в теплообменник-вымораживатель ТВ, где охлаждается уходящим из колонны кислородом 3, а также одновременно осушается за счет вымерзания Н₂О. Окончательное охлаждение воздуха происходит в кубе РК – ректификационной колонны, где он освобождается от остатков влаги и углекислоты. Затем воздух подается приблизительно в среднюю часть РК. Пары 4, содержащие в своем составе почти один азот, из верхней части РК направляются в КГМ, где конденсируются. Часть конденсата 2, представляющего конечный продукт (жидкий N₂), сливается из установки, а остальная часть этого конденсата 5 возвращается в РК в качестве флегмы. При охлаждении воздуха в кубе РК пары кислорода, образующиеся при его кипении, частично выходят из установки через ТВ 3, а частично поднимаются по колонне для обеспечения процесса ректификации.

Описание схемы установки

Принципиальная схема установки дана на рис. 2.

Атмосферный воздух поступает в колонну через воздушный клапан 16 и направляется в теплообменник-испаритель 2. Конструктивно этот теплообменник выполнен в виде змеевика. По нему выходит поток газообразного О₂, а омывающий змеевик поток воздуха охлаждается и на поверхности змеевика оседает влага в виде снега и льда. Затем воздух проходит через сетчатую обечайку, расположенную между вертикальными трубками, в которых кипит жидкий О₂.  На сетке, которая контактирует  с  вертикальными

Рис. 1. Схема установки для получения жидкого азота

Рис. 2. Принципиальная схема установки:

1 – змеевик;   2 – теплообменник-испаритель;   3 – гидравлический  затвор;
4 –  вентиль, регулирующий количество отводимого в атмосферу кислорода;
5 – гидравлический затвор;  6 – сливная труба;  7 – напорная труба  газлифта;
8 – труба газлифта; 9 – концентрационная часть колонны; 10 – патрубок колонны;
11 – отгонная часть колонны; 12 – нагреватель; 13 – место крепления нагревателя
к  термогидравлическому  датчику;  14 – штырь  термогидравлического  датчика;
 15 – выпускной кислородный клапан; 16 – воздушный клапан; 17 – воздушный патрубок КГМ; 18 – ожижитель криогенной газовой машины

трубками, происходит еще большее охлаждение воздуха и из него вымораживаются остатки влаги и углекислота. Окончательная очистка воздуха от остатков Н₂О и СО₂ производится в сетчатом стакане с насадкой, который контактирует с кубом колонны (все указанные выше элементы на рис. 2 не показаны). После этого воздух поступает на разделение приблизительно в среднюю часть колонны; в зоне входа воздуха в колонну поддерживается температура, примерно  соответствующая  температуре конденсации  воздуха.

Воздухоразделительная колонна состоит из двух частей – укрепляющей 9 и исчерпывающей 11, каждая из которых представляет собой составную часть трубы, внутренняя полость которой заполнена насадкой. В качестве насадки использованы кусочки металлической сетки седлообразной конфигурации. В верхней части каждого элемента колонны расположен разбрызгиватель, который обеспечивает равномерное распределение жидкости (флегмы) по поперечному сечению колонны.

Из колонны воздух, проходя через трубу 8 и патрубок 10, поступает в ожижитель 18  и ожижается. В установившемся режиме работы в ожижителе 18 конденсируется не воздух, а пары азота.

Так как ожижитель  устанавливается не в верхней части РК, а рядом с ней, то для подачи части конденсата, поступающего в верхнюю часть концентрационной колонны в качестве флегмы, предусмотрен специальный пароструйный насос (газлифт). Он состоит из трубы 8, частично заполняемой жидким N₂, и трубки 7, нижний конец которой погружен в жидкость. В совокупности труба 8 и трубка 7 образуют систему сообщающихся сосудов.