Методические указания к лабораторной работе "Исследование работы воздухоразделительной установки Ажк-0.02 в режиме получения жидкого азота", страница 4

Из уравнения (11) определяем g и тепловую нагрузку ожижителя влаги.

Q_ож= В_отх(i₁₄ – i₁₃)

 

Тепловой баланс основного теплообменника

В_др (i₃ – i₆) +Вq₃^Т = В_отх(i₁₃ – i₁₂),...                                                    (12)

где i₃ и i₆ - энтальпии воздуха на входе и выходе из  теплообменника; i₁₂ и i₁₃ - энтальпии отходящего потока на входе и выходе из основного теплообменника; q₃^T- удельный приток теплоты через изоляцию из окружающей среды к основному теплообменнику

Тепловая нагрузка теплообменника

Qт= В_отх(i₁₃ –i₁₂)....                                                                             (13)

Условно принимаем, что q₃^T = 2·q₃^ож

Используя зависимости (12) и (13), найдем поток воздуха, идущий в теплообменник (В_др),  и поток,  направляемый на детандер (В_д)

 

(14)

В_Д=В-В_ДР                                                                                             (15)

Из выражения (6) с учетом (14) и (15) определяем величину полного притока теплоты через изоляцию из окружающей среды к криогенному блоку

Q₃ = Q-(Q₁ + Q₂ + Q₄ + Q₅).

Тогда удельный приток теплоты g через изоляцию из окружающей среды составит

 

(16)

Тепловой баланс детандерного теплообменника

В_д (i₅ – i_N) +Вq₃^Д = В_отх(i₁₂ – i_М),...                                                     (17)

Тепловая нагрузка детандерного теплообменника

Q_Д= В_отх(i₁₂ –i_М)....                                                                              (18)

Принимая, что удельный приток теплоты из окружающей среды к детандерному теплообменнику составит 10% от q, определяем энтальпию детандерного потока на входе в колонну  из  выражения  (17), учитывая (18)

 

где i₅- энтальпия потока воздуха на входе в детандерный теплообменник; q₃^Д- удельный приток теплоты через изоляцию из окружающей среды к детандерному теплообменнику; i₁₂ и i_М - энтальпии отходящего потока, определяемые при давлении р₅ и температурах Т₁₂ и Т_М .

Температура отходящего  потока  Т  определяется по диаграмме Т-р-i-х-у при концентрации х_отх и давлении Р₅.

Тепловая нагрузка на змеевик испарителя колонны N1

Q_3М= В_др(i₆ –i₇)....

где i- i энтальпии потока на входе и выходе из змеевика.

Состояние воздуха (смеси) на входе в колонну  N1  определяем из баланса смещения потоков

Вi_см=В_дрi₆+B_дi_N

Тепловой баланс ректификационных колонн

Bi_см + Вq_к³=В_отхi_м + А_жi₀

Тогда

 

где q  удельный  приток теплоты через изоляцию из окружающей среды к ректификационным колоннам.

Сведем баланс:

q₃=q₃^ож + q₃^T + q₃^Д + q₃^К

0,9 q₃~3 q₃^ож + q₃^К                                                                              (19)

Если расхождение в равенстве (19) составит более 5%, то необходимо установить причину и дать письменное пояснения и рекомендации по сведению баланса. Так например можно, задавая состояние насыщенного пара  детандерного  потока на входе в колонну N1, из уравнения теплового баланса детандерного теплообменника (17) определить q₃^Д, а не принимать их равными 0.1 q₃.

Адиабатный КПД детандера может быть определен из выражения:

 

где i₄^’ – энтальпия детандерного потока при изоэнтропном процессе расширения воздуха в детандере.

Удельный расход энергии на получение 1 кг. жидкого азота составит

где N – мощность, затраченная на сжатие воздуха в компрессоре; N_Д – мощность, возвращаемая детандером.

Холодильный коэффициент цикла

Термодинамический КПД цикла

где l₀ – расход энергии на ожижение 1 кг азота в идеальном цикле (минимальная работа ожижения); l_p – расход энергии на разделение 1 кг воздуха на азот и кислород в теоретическом цикле (минимальная работа разделения).