Санкт-Петербургский государственный университет
низкотемпературных и пищевых технологий
Кафедра криогенной техники
Дипломный проект на тему:
«Расчет и проектирование криогенной воздухоразделительной установки, предназначенной для одновременного получения газообразного азота и кислорода».
Выполнила студентка:
Группы 4 ТФ
Яковлева И.А.
Руководитель: Холодковский С.В.
-2008г.Ведение.
В связи с развитием промышленности, медицины, химии и энергетики возникла потребность в большом количестве чистых газов, особенно таких как азот и кислород.
На сегодняшний день четко вырисовывается перспектива развития малых и децентрализованных предприятий, которым требуется получение кислорода и азота.
Все больше эти продукты проникают и в повседневную жизнь, например в косметологию, способы быстрой заморозки, улучшенные системы охлаждения.
В данной работе будет рассчитана установка разделения воздуха, работающая по циклу среднего давления с одновременным получением сразу двух ценных продуктов. Так газообразный кислород имеет целый ряд применений в промышленности и медицине, а сравнительно небольшая производительность и габариты установки позволяет разместить ее не близ крупных населенных пунктов, а на значительном расстоянии от них и обеспечить продукцией потребителя на месте.
Расчет будет произведен при условии с максимальной среднесуточной температурой для средней полосы России или для мест со схожими климатическими условиями, при данном расчете затраты энергии на получение продукта будут максимальными, как и большие теплопритоки.
Задание по курсовому проекту.
Произвести расчет воздухоразделительной установки, предназначенной для одновременного получения газообразного азота и кислорода
- чистота получаемых продуктов: 99,98% N2 по объему
99,7% О2 по объему
- производительность по N2 – 600м3/час
- установка предназначена для работы в Хабаровске.
Исходные данные:
То.с.=293К
VА=1000м3/час
ха= 99,98% N2
хк= 99,7% О2
Установка среднего давления для одновременного получения чистых азота и кислорода.
1 – компрессор; 2 – ожижитель; 3 – блок очистки; 4 – детандер; 5, 6 – теплообменники; 7 – нижняя колонна; 8 – конденсатор-испаритель; 9 – верхняя колонна; 10, 11 – переохладители; 12 – насос жидкого кислорода.
Описание установки.
В качестве прототипа выбираем существующую отечественную установку АК-О,6.
Данная установка (рис.1.) предназначена для одновременного получения чистых азота и кислорода. Установка работает по схеме среднего давления с турбодетандером.
Сжатие атмосферного воздуха до 3 МПа обеспечивается поршневым компрессором 1. Холодопроизводительность в установке создается за счет дроссель-эффекта.
Осушка и очистка воздуха от углекислого газа и ацетилена осуществляется в блоке очистки 3 при помощи цеолита NaX.
Теплообмен между воздухом и продуктами разделения осуществляется в витых трубчатых теплообменниках 2, 5 и 6.
Воздух выходит из детандера 4 в состоянии сухого насыщенного пара и поступает в нижнюю колонну 7, в которой происходит предварительное разделение воздуха на азот – поток D и кубовую жидкость – поток R. Необходимая для орошения верхней колонны азотная флегма образуется в трубках конденсатора-испарителя 8 за счет конденсации паров азота при кипении кислорода в межтрубном пространстве конденсатора-испарителя 8. В верхней колонне 9,куда подаются потокиR и D, происходит окончательное разделение кубовой жидкости на азот и кислород. Из отгонной части верхней колонны отбирается поток аргонной фракции Фр, чтобы обеспечить более высокую концентрацию кислорода.
В установке происходит переохлаждение потоков азотной флегмы и кубовой жидкости отбросным азотом в переохладителе 10, снижающее их самоиспарение при дросселировании. Жидкий кислород переохлаждается в аппарате 11, для чего поток R дросселируется перед переохладителем. Затем он сжимается в насосе 12 до давления 10 МПа и выводится из блока разделения.
В установке также предусмотрен теплообменник 6, в котором происходит подогрев аргонной фракции Фр и сжатого кислорода.
Продукты разделения окончательно нагреваются в теплообменнике 2 и отдаются потребителю.
Распределение количества теплопритока из окружающей среды по аппаратам:
теплообменник-ожижитель 2 – 10%;
азотный теплообменник 5 – 20%;
кислородно-фракционный теплообменник 6 – 10%;
нижняя колонна 7 – 30%;
верхняя колонна 9 – 30%.
Расчет.
1.Определение удельного выхода продуктов разделения К, А и аргонной фракции Ф.
Материальный баланс:
В=К+А+Ф;
Расчет производится для В=1м3.
Концентрационный баланс по кислороду:
В·х1в=К·х1к+А·х1а+Ф·х1ф.
Для проектируемой установки принимаем: х1в=20,9% О2
х1к= хк
х1а=0,005% О2
х1ф=43% О2.
Концентрационный баланс по аргону:
В·х2в=К·х2к+А·х2а+Ф·х2ф.
Для проектируемой установки принимаем: х2в=0,93% Ar
x2к= 0,3% Ar
х2а=0,007% Ar
х2ф=4% Ar.
 |
В=К+А+Ф
В·х1в=К·х1к+А·х1а+Ф·х1ф
В·х2в=К·х2к+А·х2а+Ф·х2ф
1=К+А+Ф
1·20,9=К·0,997+А·0,00005+Ф·0,43
1·0,093=К·0,003+А·0,00007+Ф·0,04
 |
К=0,1135
А=0,6637
Ф=0,2228
2. Определение давлений потоков и гидравлических потерь.
рв=4-6МПа – давление воздуха на входе в криогенный блок для ВРУ среднего давления.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.