Расчет и проектирование криогенной воздухоразделительной установки, предназначенной для одновременного получения газообразного кислорода и азота, страница 4

Для определения величины детандерного потока необходимо составить общий энергетический баланс всей установки:

-соответственно плотности воздуха, азота, кислорода  и фракции при нормальных условиях.

-плотность воздуха при нормальных условиях (Т=273К, р=0,1013МПа) - [1];

-плотность азота при нормальных условиях (Т=273К, р=0,1013МПа) - [1];

- плотность кислорода при нормальных условиях (Т=273К, р=0,1013МПа) - [1].

- плотность аргонной фракции при нормальных условиях (Т=273К, р=0,1013МПа) находится по принципу аддетивности- [1]:

 .

 - теплоемкости азота, кислорода и фракции соответственно

- удельная теплоемкость азота при условиях на выходе из аппарата 2 (Т_1а=284К, р=0,1МПа) – [1];

- удельная теплоемкость кислорода при условиях на выходе из аппарата 2 (Т_1к=289К, р=9МПа) – [1];

- удельная теплоемкость аргонной фракции при условиях на выходе из аппарата 6 (Т=265К, р=0,1МПа) находится по принципу аддетивности – [1]:

 - изотермический эффект дросселирования (Джоуля-Томсона); (рис.2)

 - энтальпия воздуха при  и  ;

 - энтальпия воздуха при  и  ;

(КАРТИНКА)

Рис 2.Процесс изотермического сжатия в диаграмме Т – S

ΔT_a=11К – разность температур на теплом конце теплообменника 2 между воздухом и азотом;

ΔT_к=6К – разность температур на теплом конце теплообменника 2 между воздухом и кислородом;

ΔT_фр=9К – разность температур на теплом конце теплообменника 6 между воздухом и аргонной фракцией;     

 - изотермический эффект дросселирования (рис 3);

, где

 - энтальпия воздуха при  и ;

 - энтальпия воздуха при  и

(КАРТИНКА)

Рис 3.Процесс изотермического сжатия в диаграмме Т – S

– адиабатный перепад энтальпий в теоретическом процессе расширения в детандере; кДж/кг.

 - адиабатный КПД турбодетандера. Принимаем 5

Допустим, что процесс расширения в турбодетандере заканчивается в точке 5_в как показано на рис. 4, т.е. при давлении нижней колонны на линии насыщения. Тогда параметры точки 5_в нам известны. (Рис 4)

 при

(КАРТИНКА)

Рис 4.Процесс расширения газа в детандере в диаграмме T-S

Параметры воздуха до турбодетандера определяются методом подбора. Задаваясь температурой или энтальпией в точке  (начало процесса расширения в детандере), находят отношение разности энтальпий и . Если это отношение равно принятому адиабатному КПД детандера то параметры точки 4_в подобраны верно.

, следовательно принимаем выбранные параметры точки  подходящими.

.

-

Полученные значения подставляем в уравнение эн.баланса и нах-м Vд

Находим параметры точек

Таблица 1.Параметры точек

Точку 2в находим из теплового баланса предварительного теплообменника

Из теплового баланса всей установки:

Расхождение между расчетами теплового баланса теплообменника и теплового баланса всей установки 1,6%, что не превышает допустимого.

Находим точку 1в’ из теплового баланса верхней части теплообменника

 -температура воздуха на входе в установку. При  Р=0,9МПа

 -температура азота на выходе из установки. Задаем с учетом температуры недорекуперации. При Р=0,7МПа.

 -температура азота на выходе из конденсатора-испарителя. Находим с помощью справочника теплофизических свойств в двуфазной области на линии конденсации по давлению ;

-температура отбросного газа  на выходе из установки. Задаем с учетом температуры недорекуперации. При Р=0,1МПа;

- температура отбросного газа  перед входом в турбодетандер.Находим при расчете адиабатного КПД;

- температура отбросного газа  после турбодетандера. Находим с помощью справочника теплофизических свойств в двуфазной области на линии конденсации по давлению ;