Иcпытание установки получения жидкого азота (ЗИФ-702) с криогенной газовой машиной: Методические указания к лабораторным работам, страница 6

При подстановке численных значений энтальпий в уравнение (10) их целесообразно определять по диаграмме i – x– у (рис. 7) или номограмме     T – p – i – x – y для смеси О₂ – N₂.

Теплота Q_к, подводимая воздухом к кубу колонны, находится как разность между теплотой, отдаваемой воздухом Q_в, и количеством теплоты Q_т, отнимаемой от воздуха в теплообменнике потоком отбросного кислорода

Q_к  » Q_в – Q_т.

Рис. 7. Определение  q_D  в диаграмме  i – x, у

Суммарное количество теплоты, отдаваемой воздухом в теплообменнике и кубе колонны,

Q_в= V^м , (11)

где i_вх – энтальпия воздуха при Т_в = Т_о.с[3] и  р = р_бар, кДж/моль;  – массовый расход воды, выделившейся из перерабатываемого воздуха при охлаждении до 273 К, кг/ч

 = V r_в (d₁j – d₂),

здесь V – объемный расход перерабатываемого воздуха, м³/ч; ρ_в – плотность воздуха при р = 0,1013 МПа и Т = 273К, кг/м³; j – относительная влажность воздуха, определяемая по психрометру; d₁ – влагосодержание воздуха при условиях j = 1, р = р_бар  и Т_в = Т_о.с (определяется по таблицам, имеющимся в [5], кг воды /кг воздуха); d₂ –  влагосодержание при р = р_бар и Т = 273 К, кг Н₂О /кг воздуха; r –  теплота фазового перехода при конденсации водяного пара, r = 2490 кДж/кг; – теплоемкость воды, кДж/кг;  – мас-совый расход сконденсировавшегося водяного пара из перерабатываемого воздуха при охлаждении его ниже Т = 273 К, кг/ч,

 = V r_в d₂;

r_пл  – теплота фазового перехода при плавлении льда, r_пл= 333 кДж/кг; – массовый расход СО₂, выделившийся при вымораживании из перерабатываемого воздуха, кг/ч,

= V ,

здесь – молярная доля СО₂ в атмосферном воздухе, принимается равной 0,0004; – плотность СО₂  при  Т = 273 К и р = 0,1013 МПа, – 1,98 кг/м³;  – теплота кристаллизации СО₂, = 570 кДж/кг.

Количество теплоты, отнимаемой в теплообменнике от воздуха отбросным кислородом

Q_т = ,                                     (12)

где Т_к  – температура  отбросного кислорода  на  выходе из теплообменника, К;  – температура отбросного кислорода на входе в теплообменник в состоянии сухого насыщенного пара, определяется по номограмме T – p – i – x – y  по у_к  и р_бар, К;  – молярная теплоемкость отбросного кислорода, кДж/(кмоль К).

Рис. 8. Кривая градуировки термопар

Если принять, что поступающий на разделение в колонну воздух, после охлаждения в теплообменнике и передачи части теплоты в кубе колонны, входит в колонну в состоянии сухого насыщенного пара, то по диаграмме i – x, у  (см. рис. 7), исходя из полученной величины Q_к, может быть определено местонахождение полюса исчерпывающей части колонны Р_ИЧК , проведена полюсная линия и найдено местонахождение полюса укрепляющей части колонны.

Значение приведенной энтальпии полюса исчерпывающей части колонны в кДж/кмоль определяется по уравнению

i_и.ч = .

Местонахождение полюса Р_у.ч находится в результате пересечения полюсной линии, проходящей через точки Р_и.чи V  с перпендикуляром, восстановленным из точки А с концентрацией х = х_А (см. рис. 7), которая соответствует молярной концентрации получаемого жидкого азота. Тогда количество теплоты, отнимаемой при конденсации паров, уходящих из верхней части ректификационной колонны,

 = А_ж  q_D .                                             (13)

Количество теплоты, отводимой в газлифте

Q_гл = ,                              (14)

где – объемный расход воды в газлифте, м³/ч; –  объемная теплоемкость воды, кДж/м³ К; – температура воды на входе в газлифт, К; – температура воды на выходе из газлифта, К.

Полное количество теплоты, отводимой при конденсации пара, поступающего на конденсаторную головку КГМ, складывается из теплоты, отводимой при конденсации пара, уходящего из верхнего сечения ректификационной колонны, и теплоты, отводимой при конденсации паров, образующихся в газлифте.

Q_D =  Q_D + Q_гл.                                              (15)