Расчет и проектирование криогенной установки получения жидкого азота, страница 14

где ρ_из=300 кг/м³ – плотность шлаковой ваты после забивки в кожух блока очистки, с_{р из}=1.7 – теплоемкость шлаковой ваты.

13) Потери теплоты через изоляцию в окружающую среду Q₅ приняты равными 20% от , тогда

Q₅=0.2(681053+319300+179520)=235974.6 кДж.

14) Определим количество регенерирующего газа при продолжительности регенерации 10 ч:

V_p===764.6 м³/ч=0.21 м/с

15) Определим мощность электроподогревателя с учетом 20% запаса на неравномерность потока, колебания напряжения и т.п.:

N=1.2V_p/3600=0.0003·764.6·1.165·1.04(653-293)=111.2 кВт;

16) Скорость регенерирующего газа, отнесенная ко всему сечению трех баллонов:

ω_р===3.27 л/мин·см²;

17) Определим гидравлическое сопротивление слоя адсорбента при регенерации:

Δр=, где f – коэффициент сопротивления; d_э – эквивалентный диаметр каналов между зернами, ω – скорость газа, отнесенная ко всему сечению адсорбера в рабочих условиях, ε_сл =0.35 – приростость слоя адсорбента;

Скорость регенерирующего газа в рабочих условиях:

ω_р===0.86 м/с;

Находим коэффициент Рейнольдса:

Re=, где ===1.44 мм=0.00144 м,

ρ – плотность азота при средней температуре Т_{вых. ср}=433 К,

ρ===0.84 кг/м³;

µ - коэффициент динамической вязкости,

µ=4.45·10^-3·(Т_{вых. ср}/Т_k-1.67)^0.625=4.45·10^-3·(433/126.25-1.67)^0.625=6.45 Па·с;

Тогда Рейнольдс:

Re==46.9

С учетом полученного значения коэффициента Рейнольдса определим коэффициент сопротивления f=2.2, тогда

Δр==5528.8 Па – что не выходит за пределы допустимого перепада давления в аппаратах подобного типа.

Определение удельного расхода энергии.

Одним из основных показателей работы установки является расход энергии на единицу получаемого продукта. В воздухоразделительных установках, получающих жидкий азот, определяется расход энергии на 1 кг продукта.

1. Затраты энергии на сжатие в воздушном компрессоре:

N_{k уд.}=[(1+β)·G_в·R·Т_о.с.·ln(p₂/p₁)]/(η_из·М_а), где

β – потери воздуха при продувках и отогревах, принимаем β=0.05,

G_в – массовый поток воздуха, кг/с,

R – газовая постоянная воздуха, кДж/(кг·К),

η_из – изотермический КПД компрессора, принимаем η_из=0.6,

N_{k уд.}=[1.05·1.46·0.287·295.2·ln(20/0.1)]/(0.6·1000)=1.145 кВт·ч/кг.

2. Удельные затраты энергии, отдаваемые детандером:

N_{д уд.}= G_д·h_s·η_мех·η_ад/М_а, где

η_ад – адиабатный КПД детандера, η_ад=0.75,

η_мех – механический КПД детандера, η_мех=0.9,

N_{д уд.}=0.905·128.59·0.9·0.75/1000=0.078 кВт·ч/кг.

3. Удельный расход энергии:

N_уд= N_{к уд}+ N^м_уд- N_{д уд},

N^м_уд=l_н/3600=32/3600=0.009 кВт·ч/кг,

N_уд= 1.145+0.009-0.078=1.076 кВт·ч/кг.

Подбор оборудования.

1) Компрессор:

р_вс=0.1 МПа, р_нг=22 МПа,

N=270 кВт,

N_эл.дв.=315 кВт.

2) Детандер:

Массовый поток через детандер: 1700 кг/ч, р_вх=20 МПа, р_вых=0.6 МПа,

М=500кг,

n=2160 c^-1.

Список литературы.

1. Криогенные системы. Том 1. Основы теории и расчета/ А. М. Архаров, И. В. Марфенина. Е. И. Микулин. – 3-е изд., перераб. И доп. – М.: Машиностроение, 1996. – 576 с.: ил.

2. Криогенные системы. Том 2. Основы проектирования аппаратов, установок и систем/ А.М. Архаров, И.А. Архаров, В.П. Беляков; - 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1999. – 720 с.: ил.

3. Теплофизические свойства криопродуктов: Учебное пособие для вузов / Л.А. Акулов, Е.И. Борзенко, В.Н. Новотельнов, А.В. Зайцев. – СПб.: Политехника, 2001. – 243с.: ил.

4. Проектирование воздухоразделительных установок. Лозовой А.И.

5. Расчет криогенных установок. Учеб. пособие для холодильных и технологических вузов./Под ред. С.С. Будневича.-2-е изд., перераб. и доп. – Л.: Машиностроение, 1979. – 367 с., ил.

6. Акулов Л.А., Холодковский С.В. Графическая часть курсовых проектов. – СПб.: СПбГУНиПТ, 2008. – 38 с.

7. Акулов Л.А., Холодковский С.В. Криогенные установки. 2-е изд., испр. – СПб.: СПбГУНиПТ, 2008. – 33 с.