Другие предметы \ Криогенная техника

Испытание установки получения жидкого азота (ЗИФ-702) с криогенной газовой машиной. Определение гидравлического сопротивления ректификационной колонны установки ЗИФ-702, страница 2

Удельное количество теплоты, отнимаемой при конденсации паров, уходящих из верхней части ректификационной колонны, кДж/кмоль,

qD = 15000 (из построения диаграммы i - x, y).

QD=3,757*15000=56355 кДж/кг = 2071,8 кДж/кмоль

Из энергетического баланса разделительной колонны

Q3=Aжm*ia’+Vhm*ik+QD-Qn-Vm*iв’’-Qгл=0,168*8100+0,0406*13750+2071,8-1272,06-0,207*9622,2-0,32=475,7 кДж/ч

Соотношения между количеством жидкости и пара в крайних сечениях исчерпывающей и укрепляющей частей колонны (сечения I-I, II-II, III-III, IV-IV):

g1/ G1 = Ру.чВ/Ру.чАж; g2/ G2 = Ру.чV/Ру.чС; g3/ G3 = Ри.чV/Ри.чС; g4/ G4 = Ри.чVк/Ри.чD.

Материальный баланс укрепляющей части колонны выше сечения I-I:

G1 = g1 + Аж;

g1/G1 = Ру.чВ/Ру.чАж = 73/130 = 0.562;

g1 = G1*0.562;

G1 = G1*0.562 + Аж;

G1 = Аж/0.438 = (3.684/22.4)/0.438 = 0.3755 кмоль/ч;

g1 = G1*0.562 = 0.211 кмоль/ч.

Здесь G1 – расход пара, кмоль/ч; g1 – расход жидкости, кмоль/ч.

            Материальный баланс укрепляющей части колонны выше сечения II-II:

G2 = g2 + Аж;

g2/G2 = Ру.чV/Ру.чС = 88/163 = 0.54;

g2 = G2*0.54;

G2 = G2*0.54 + Аж;

G2 = Аж/0.544 = (3.684/22.4)/0.46 = 0.3575 кмоль/ч;

g2 = G2*0.54 = 0.193 кмоль/ч.

Материальный баланс исчерпывающей части колонны ниже сечения IV-IV:

G4 = g4 – Vк;

g4/G4 = Ри.чVк/Ри.чD = 274/207 = 1.32;

g4 = G4*1.32;

G4 = G4*1.32 - Vк;

G4 = Vк/0.32 = (0.992/22.4)/0.32 = 0.138 кмоль/ч;

g4 = G4*1.32 = 0.183 кмоль/ч.

Материальный баланс исчерпывающей части колонны ниже сечения III-III:

G3 = g3 – Vк;

g3/G3 = Ри.чV/Ри.чС = 334/260 = 1.285;

g3 = G4*1.285;

G3 = G3*1.285 - Vк;

G3 = Vк/0.285 = (0.992/22.4)/0.285 = 0.155 кмоль/ч;

g3 = G3*1.285 = 0.2 кмоль/ч.

4. Определяем максимальные скорости потоков. При расчете скоростей из полученных выше значений используются наибольшие значения потоков G и g для наиболее нагруженных сечений укрепляющей и исчерпывающей частей колонны.

Плотность азота в условном состоянии «перегретый» пар (Т > ТнасN2) в сечении III-III исчерпывающей части колонны для парообразной азотно-кислородной смеси с концентрацией по азоту x'' = 0.791 при давлении р = 1 бар и температуре Т = 81.55 К (температура насыщения смеси данного состава при р = 1 бар)

ρпN2 = 4.284 кг/м3 [3].

Плотность кислорода в условном состоянии «переохлажденный» пар (Т < ТнасO2) в сечении III-III исчерпывающей части колонны для парообразной азотно-кислородной смеси с концентрацией по азоту x'' = 0.791 при давлении р = 1 бар и температуре Т = 81.55 К

ρпO2 = 4.93 кг/м3 (экстраполяция зависимости ρп – Т в область температур Т < ТнасO2 до искомой температуры Т) [3].

Плотность парообразной азотно-кислородной смеси при рабочих условиях в сечении III-III

ρпи.ч = (x'' *28 + (1 – x'')*32)/(x'' *28/ρпN2 + (1 – x'')*32/ρпO2) = (0.791*28 + 0.209*32)/(0.791*28/4.284 + 0.209*32/4.93) = 4.418 кг/м3.

Плотность парообразной смеси того же состава при нормальных условиях (ρ0N2 = 1.236 кг/м3 и ρ0O2 = 1.412 кг/м3 [3])

ρ0и.ч = (x'' *28 + (1 – x'')*32)/(x'' *28/ρпN2 + (1 – x'')*32/ρпO2) = (0.791*28 + 0.209*32)/(0.791*28/1.236 + 0.209*32/1.412) = 1.273 кг/м3.

Скорость пара в сечении III-III исчерпывающей части колонны ω0и.ч, отнесенную к полному сечению, находим из уравнения неразрывности (м/с)

ω0и.ч = Gи.ч*ρ0и.ч *22.4/(ρпи.ч *Fи.ч*3600) = 0.155*1.273*22.4/(4.418*0.785*0.0382 *3600) = 0.245,

где Fи.ч = 0.785*dи.ч2 – площадь поперечного сечения исчерпывающей части колонны (dи.ч = 0.038 м).

            Вязкость паров азотно-кислородной смеси для сечения III-III исчерпывающей части колонны, кг/(м*с),

μпи.ч = (y1*(M1*Tкр1)0.5 *μ1 + y2*(M2*Tкр2)0.5 *μ2)/(y1*(M1*Tкр1)0.5 + y2*(M2*Tкр2)0.5) = (0.791*(28*126.2)0.5 *58.27*10-7 + 0.209*(32*154.58)0.5 *59.7*10-7)/ (0.791*(28*126.2)0.5 + 0.209*(32*154.58)0.5) = 0.000005861,

Скачать файл