Расчет и проектирование криогенной воздухоразделительной установки, предназначенной для одновременного получения газообразного кислорода и азота, страница 15

Скорость очищаемого воздуха при условиях адсорбции:

,

2.Расчет проекта регенерации блока адсорберов.

В качестве греющего газа используется сухой азот из блока разделения воздуха. Температура азота на входе в электроподогреватель Т_нач = 300 К.

Температура азота на входе в блок адсорберов Т_вх = 653 К. Изоляцией блока адсорберов служит шлаковая вата с толщиной не менее δ_из = 0,1…0,3 м.

Рассчитаем количество регенерирующего газа по тепловому балансу:

, где , - количество теплоты, израсходованной на нагревании металла; - количество теплоты, затраченной на нагревание адсорбента; - количествотеплоты, необходимой для десорбции влаги, поглощенной адсорбентом; - количество теплоты, необходимой для нагрева изоляции; - потери теплоты в окружающую среду; Т_ВЫХ.СР. – средняя температура азота на выходе из адсорбера,

Т_ВЫХ.СР. =  (Т_{ВЫХ 1} + Т_{ВЫХ 2})/2 = (300+573)/2 = 436,5 К;

Т_{ВЫХ 1} = 300 К – температура азота на выходе из блока адсорберов в начале регенерации; Т_{ВЫХ 2} - температура азота на выходе из блока адсорберов в конце процесса регенерации, принятая равной 573 К.

Количество теплоты, необходимой для нагревания металла определим из выражения:

, где - масса баллона с коммуникациями;

- теплоемкость металла при средней температуре 436,5 К. Примем, что металл адсорберов – углеродистая сталь, тогда  = 0,544 кДж/(кг•К).

= 276 К – температура металла в начале регенерации;

 - средняя температура металла в конце процесса регенерации;

 К.

Для определения массы металла блока очистки определим массу одного баллона, который имеет следующие геометрические размеры: D_H = 0,730 м,           D_ВН = 0,69 м, Н_ОБЩ = 1,79 м, тогда вес цилиндрической части баллона:

кг, где  - высота цилиндрической части баллона, равная 3,825 м;  - плотность металла; = 7,85 кг/дм³ = 1850 кг/м³.

Вес полусферического днища:

кг.        Вес баллона кг. Вес крышки с коммуникациями примем равным 15% от массы , т.е. = 0,15•1463,088 = 219,4632 кг.

Вес баллона с коммуникациями составит

кг.

Общая масса блока

 

где  - вес изоляции, - вес корпуса;

 кг.

Здесь    - объем двух баллонов вместе с коммуникациями и внутриблочными частями арматуры, составляющими примерно 03% объема всех баллонов

 м³;

 - плотность шлаковой ваты, доводимая при ее загрузке в кожух и утрамбовке до 300 кг/м³;

- объем корпуса,

 м³.

Тогда количество теплоты, необходимой для нагревания металла, составит

 кДж.

Количество теплоты, затрачиваемой на нагревание адсорбента,

кДж,                          

где  - теплоемкость цеолита, равная 0,88 кДж/(кг•К)

Количество теплоты, затрачиваемой на десорбцию влаги,

кДж, где - количество влаги, поглощенной адсорбентом к моменту регенерации; ; = 20% – полная емкость цеолита по парам воды (принята по паспортным данным для цеолитов при условии полного насыщения парами воды к моменту регенерации), тогда кг;  - теплота десорбции, принятая равной теплоте парообразования, 2478 кДж/кг;                      = 4,19 кДж/(кг•К) – теплоемкость воды;   - температура кипения воды.

Количество теплоты, необходимой для нагрева изоляции, определим с учетом того, что коэффициент теплопроводности шлаковой ваты очень низок, поэтому примем, что только 20% веса изоляции нагревается от начальной температуры 276 К до температуры  ,

К,                                                                           где  -  температура металла в конце процесса регенерации;   =300 К – средняя температура окружающей среды. Тогда

кДж, где ≈1,7 кДж/(кг•К)– средняя теплоемкость шлаковой ваты (при  = 456,5 К).

Потери теплоты через изоляцию в окружающую среду приняты равными 20% от , т.е.  кДж.

Определим количество регенерирующего газа (отнесенного к Т = 300 К) при продолжительности регенерации равной 10 ч.

  примем 25ч.

Тогда

   

где - плотность азота при Т = 300 К, - теплоемкость азота при тех же условиях.

Определим мощность электроподогревателя с учетом 20% - ного запаса на неравномерность потока, колебания напряжения и т.п.

 кВт.

Скорость регенерирующего газа, отнесенная ко всему сечению баллона и Т=300 К,