Расчет воздухоразделительной установки, предназначенной для получения газообразного кислорода с возможностью получения части кислорода в жидком виде

СПб НИУ ИТМО

Институт Холода и Биотехнологий

Кафедра криогенной техники

                                               Курсовой проект

Расчет воздухоразделительной установки, предназначенной для получения газообразного кислорода с возможностью получения части кислорода в жидком виде

                                                                                                    Выполнила:

                                                                                                    студентка 441 группы         

                                                                                                    Галахова Н.А.

                                                                                                    Проверил:

                                                                                                    Холодковский С.В.

                                             Санкт-Петербург  2012г.

Оглавление

Введение. 3

Исходные данные: 4

Схема установки. 5

Описание работы установки: 6

Автоматизированный расчет процесса ректификации. 8

Результаты автоматизированного расчета. 10

Анализ полученных результатов расчета. 11

Расчет материальных потоков. 13

Расчет параметров установки. 13

Баланс всей установки. 14

Тепловой баланс теплообменника – ожижителя. 17

Тепловой расчет основного теплообменника. 19

Построение температурных кривых для основного теплообменника. 22

Тепловой расчет переохладителя азотной флегмы.. 26

Тепловой расчет переохладителя кубовой жидкости. 27

Тепловой расчет переохладителя жидкого кислорода. 27

Конструктивные расчеты аппаратов, входящих в состав установки. 28

Конструктивный расчет основного теплообменного аппарата. 34

Расчет адсорбционного блока комплексной осушки и очистки воздуха. 42

Подбор оборудования. 49

Определение удельного расхода энергии. 50

Список литературы.. 51

                                        Введение.

   Кислород – химически активное вещество, при нормальных условиях представляет собой  бесцветный, не обладающий запахом газ .  Кислород, плохо растворим в воде и немного тяжелее воздуха. При охлаждении до 90 K при атмосферном давлении кислород становится прозрачной голубоватой жидкостью с плотностью, превышающей плотность воды. Кислород вступает в реакции со всеми элементами, за исключением инертных газов, и образует класс соединений, называемый оксидами.

В зависимости от назначения кислород выпускается следующих видов: технический, медицинский и технологический. Технический и медицинский кислород выпускают в газообразном и жидком виде,  технологический – только в газообразном.

Технический газообразный кислород вырабатывают трех сортов: первого, с содержанием не менее 99,7% ; второго - не менее 99,5%  и третьего – не менее 99,2% .

Технологический кислород содержит 90 - 99,5%  и применяется для интенсификации процессов на заводах металлургической, химической и других отраслей промышленности. Выпускается в соответствии с требованиями того технологического процесса, в котором он используется.

Широкое промышленное применение кислорода началось в середине XX века. В настоящее время он широко используется для газопламенной резки и сварки металлов,  во многих металлургических агрегатах для более эффективного сжигания топлива используется кислородно-воздушная смесь. Смесь жидкого кислорода и жидкого озона — один из самых мощных окислителей ракетного топлива. В химической промышленности кислород используют как реактив-окислитель в различных реакциях синтеза.

 Исходные данные:

      Получаемый продукт: газообразный кислород, часть кислорода в жидком виде;

     Чистота продукта: ;

     Производительность установки:

      Установка предназначена для работы в г. Ростов.

        Задание – произвести расчет воздухоразделительной установки, выполнить чертеж переохладителя азотной флегмы.

     В основном для производства газообразного технического кислорода производительностью до V_к =150…1600 м³/час применяются установки среднего давления.

С ростом производительности  установок удельные холодопотери через теплоизоляцию блока разделения  q3 уменьшаются,  это обстоятельство  позволяет существенно снизить рабочее давление воздуха   в цикле. Так как при увеличении производительности установок величина удельного расхода электроэнергии на 1м³ производимого кислорода является основным фактором, то при проектировании установок их схему усложняют, добиваясь снижения этого показателя. С этой целью в схему вводят детандер и другие решения.

За основу принимается схемное решение установки типа К-0,4. На рис.1 изображена принципиальная схема установки среднего давления, являющаяся типовой для всех установок подобного класса.                                      

Схема установки.

Рис. 1. Схема установки среднего давления для получения газообразного кислорода с возможностью отвода части кислорода в жидком виде.

1 – воздухозаборник; 2 – компрессор; 3,5 – теплообменники; 4 –блок осушки и очистки воздуха; детандер;6 - детандер; 7 – нижняя колонна; 8 – конденсатор-испаритель; 9 – верхняя колонна; 10, 11 – переохладители; 12 – насос жидкого кислорода,13-рампа с баллонами для газообразного кислорода,  14 -  сосуд для жидкого кислорода.

 Описание работы установки:

             Воздух подается в блок разделения поршневым компрессором 2,в котором достигается давление 4,5…5,5 МПа. Требуемая  холодопроизводительность в установке создается за счет дроссель – эффекта и расширения части воздуха в детандере 6.

Современные установки среднего давления оснащаются турбодетандерами