Реферат на тему "Установки ожижения и разделения газовых смесей"




Реферат на тему

текст обсуждение файлы править категориядобавить материалпродать работу




Курсовая на тему Установки ожижения и разделения газовых смесей

скачать

Найти другие подобные рефераты.

Курсовая *
Размер: 74.84 кб.
Язык: русский
Разместил (а): Denisov
1 2 Следующая страница

добавить материал

Санкт-Петербургский государственный Университет
низкотемпературных и пищевых технологий.
Кафедра криогенной техники.

Курсовой проект

по дисциплине «Установки ожижения и разделения газовых смесей»
Расчёт и проектирование установки
для получения жидкого кислорода.
                                                                                             Работу выполнил
                                                                                                студент 452 группы
                                                                                           Денисов Сергей.
                                                                                        Работу принял
                                                                                        Пахомов О. В.
Санкт – Петербург 2003 год.
Оглавление.
Задание на расчёт…………………………………………………………………..3
1.      Выбор типа установки и его обоснование……………………………………3
2.      Краткое описание установки…………………………………………………..3
3.      Общие энергетические и материальные балансы……………………….……4
4.      Расчёт узловых точек установки…………………………….…………………4
5.      Расчёт основного теплообменника…………………………….………………7
6.      Расчёт блока очистки……………………………………………….…………..17
7.      Определение общих энергетических затрат установки…………………..…..20
8.      Расчёт процесса ректификации…………………………………….…………..20
9.      Расчёт конденсатора – испарителя…………………………………………….20
10.  Подбор оборудования…………………………………………………..………21
11.  Список литературы……………………………………………..………………22
Задание на расчёт.
Рассчитать и спроектировать установку для получения газообразного кислорода с чистотой       99,5 %, производительностью 320 м3/ч, расположенную в городе Владивостоке.
1.      Выбор типа установки и его обоснование.
В качестве прототипа выбираем установку К – 0,4, т. к. установка предназначена для получения жидкого и газообразного кислорода чистотой  99,5 %, а также жидкого азота. Также установка имеет относительно несложную схему.
2. Краткое описание работы установки.
Воздух из окружающей среды, имеющий параметры Т = 300 К и Р = 0,1 МПа, поступает в компрессорную станцию в точке 1. В компрессоре он сжимается до давления 4,5 МПа и охлаждается в водяной ванне до температуры 310 К. Повышение температуры обусловлено потерями от несовершенства системы охлаждения. После сжатия в компрессоре воздух направляется в теплообменник – ожижитель, где охлаждается до температуры 275 К, в результате чего большая часть содержащейся в ней влаги конденсируется и поступает в отделитель жидкости, откуда выводится в окружающую среду. После теплообменника – ожижителя сжатый воздух поступает в блок комплексной очистки и осушки, где происходит его окончательная очистка от содержащихся в нём влаги и СО2 . В результате прохождения через блок очистки воздух нагревается до температуры 280 К. После этого поток сжатого воздуха направляется в основной теплообменник, где охлаждается до температуры начала дросселирования, затем дросселируется до давления Р = 0,65 МПа. В основном теплообменнике поток разделяется. Часть его выводится из аппарата и поступает в детандер, где расширяется до давления Р = 0,65 МПа и поступает в нижнюю часть нижней колонны.Поток из дросселя поступает в середину нижней колонны. Начинается процесс ректификации. Кубовая жидкость (поток R, содержание N2 равно 68%) из низа нижней колонны поступает в переохладитель, где переохлаждается на 5 К , затем дросселируется до давления 0,13 МПа и поступает в середину верхней колонны. Азотная флегма (поток D, концентрация N2 равна 97%) забирается из верхней части нижней колонны, пропускается через переохладитель, где также охлаждается на 5К, затем дросселируется до давления 0,13 МПа и поступает в верхнюю часть верхней колонны. В верхней колонне происходит окончательная ректификация, внизу верхней колонны собирается жидкий кислород, откуда он направляется в переохладитель, где переохлаждается на 8 – 10 К. Далее поток кислорода направляется в жидкостной насос, где его давление поднимается до 10 МПа, и обратным потоком направляется в основной теплообменник. Затем он направляется в теплообменник – ожижитель, откуда выходит к потребителю с температурой 295 К. Азот из верхней части колонны последовательно проходит обратным потоком переохладитель азотной флегмы и кубовой жидкости, оснновной теплообменник и теплообменник – ожижитель. На выходе из теплообменника – ожижителя азот будет иметь температуру 295 К.
3. Общие энергетические и материальные балансы.
V = K + A
0,79V = 0,005K + 0,97A
МVΔi1B – 2B + VдетhадηадМ = МVq3 + Мк KΔi2K – 3K + VΔi3В – 4В М
М – молярная масса воздуха.
Мк – молярная масса кислорода.
Принимаем V = 1 моль
К + А = 1
К = 1 – А
0,79 = 0,005(1 – А) + 0,97А
А = 0,813
К = 1 – 0,813 = 0,187
Определяем теоретическую производительнсть компрессора.
(1/0,187) = х/320 => х = 320/0,187 = 1711 м3/ч = 2207,5 кг/ч
4. Расчёт узловых точек установки
Принимаем:
Давление воздуха на входе в компрессор……………………….
Давление воздуха  на выходе из компрессора……………………Рвыхк = 4,5 МПА
Температура воздуха на входе в компрессор…..………………...  
Температура воздуха на выходе из компрессора…….…………..
Температура воздуха на выходе из теплообменника – ожижителя…..  
Температура воздуха на выходе из блока очистки…………………
Давление в верхней колонне……………………………………..  
Давление в нижней колонне………………………………………
Концентрация азота в кубовой жидкости ………………………..
Концентрация азота в азотной флегме……………………………
Температурный перепад азотной флегмы и кубовой жидкости при прохождении
через переохладитель…………..……………………………..
Температура кубовой жидкости…………………………………….   
Температура  азотной флегмы………………………………………
Температура отходящего азота…………………………………….  
Температура жидкого кислорода…………………………………..
Разность температур на тёплом конце теплообменника – ожижителя………………………………………..…………….
Температура азота на выходе из установки………………….
Температурный перепад кислорода …………………………ΔТ1К – 2К = 10 К
На начальной стадии расчёта принимаем:
Составляем балансы теплообменных аппаратов:
а) Баланс теплообменника – ожижителя.
 
КСр кΔТ4К – 5К + АСрАΔТ3А – 4А = VCpvΔT2В – 3В
 
б) Балансы  переохладителя:

 
находим из номограммы для смеси азот – кислород.
 
в) Баланс переохладителя кислорода.
КCpK ΔT1К – 2К = RCpR ΔT2R – 3R

Принимаем ΔT1К – 2К = 10 К

ΔT2R – 3R = 0,128*1,686*10/6,621*1,448 = 2,4
Т3R = Т2R + ΔT2R – 3R = 74 + 2,4 = 76,4 К
i3R = 998,2
 
г) Баланс основного теплообменнка.
Для определения параметров в точках 3А и 4К разобьём основной теплообменник на 2 трёхпоточных теплообменника:

Истинное значение Vдет вычислим из баланса установки:
Vдет = [VMq3 + KMkΔi2K – 3K + VMΔi4B – 3B – VMΔi1B – 2B]/Mhадηад = [1*29*8 + 0,187*32*(352,8 – 349,9) + 1*29*(522,32 – 516,8) – 1*29*(563,82 – 553,75)]/29*(394,5 – 367,5)*0,7 = 0,2
Vдет = 0,2V = 0,2*1711 = 342 м3
Составляем балансы этих теплообменников:
I  VCpVΔT4B – 6B = KCpKΔT3K’ – 4K + ACpAΔT2A’ – 3A
II (V – Vд )CpVΔT6B-5B = KCpKΔT3K – 3K’ + ACpAΔT2A’ – 2A
Добавим к ним баланс теплообменника – ожижителя. Получим систему из 3 уравнений.
III  КСр кΔТ4К – 5К + АСрАΔТ3А – 4А = VCpvΔT2В – 3В
Вычтем уравнение II из уравнения I:
VCpVΔT4B – 6B - (V – Vд )CpVΔT6B-5B = KCpKΔT3K’ – 4K - KCpKΔT3K – 3K’ + ACpAΔT2A’ – 3A - ACpAΔT2A’ – 2A
Получаем систему из двух уравнений:
I VCpV (T4B - 2T6B + T5B ) + VдCpV(T6B – T5B) = KCpK(T4K – T3K) + ACpAΔT3A – 2A
II КСр кΔТ4К – 5К + АСрАΔТ3А – 4А = VCpvΔT2В – 3В
I 1*1,012(280 – 2*173 + 138) + 0,387*1,093(173 – 138) = 0,128*1,831(T4K – 88) +0,872*1,048(T–85)
II 1*1,012*(310 – 275) = 0,128*1,093(295 - T4K) + 0,872*1,041(295 – T)
T4K = 248,4 К
T = 197,7 К
Для удобства расчёта полученные данные по давлениям, температурам и энтальпиям в узловых точках сведём в таблицу:





5


1R
2R
3R
i, кДж/
кг
553,7
563,8
516,8
522,3
319,2
319,2
419,1
367,5
1350
1131,2
1243
Р, МПа
0,1
4,5
4,5
4,5
4,5
0,65
4,5
4,5
0,65
0,65
0,65
Т, К
300
310
275
280
138
80
188
125
79
74
76,4

1D
2D









i, кДж/
кг
1015
2465
354,3
349,9
352,8
467,9
519,5
328,3
333,5
454,6
553,
Р, МПа
0,65
0,65
0,13
0,12
10
10
10
0,13
0,13
0,13
0,13
Т, К
79
74
93
84
88
248,4
295
80
85
197,7
295
ПРИМЕЧАНИЕ.
1. Значения энтальпий для точек 1R, 2R, 3R , 1D, 2D взяты из номограммы Т – i – P – x – y для смеси азот – кислород.
2. Прочие значения энтальпий взяты из [2].
 
5. Расчёт основного теплообменника.
Ввиду сложности конструкции теплообменного аппарата разобьём его на 4 двухпоточных теплообменника.

Истинное значение Vдет вычислим из баланса установки:
Vдет = [VMq3 + KMkΔi2K – 3K + VMΔi4B – 3B – VMΔi1B – 2B]/Mhадηад = [1*29*8 + 0,128*32*(352,8 – 349,9) + 1*29*(522,32 – 516,8) – 1*29*(563,82 – 553,75)]/29*(394,5 – 367,5)*0,7 = 0,2
Vдет = 0,2V = 0,2*  = 342,2 м3
Составляем балансы каждого из четырёх теплообменников:
I   VA (i4B – i1) + Vq3 = A(i3A – i3)
II  VK (i4B – i2) + Vq3 = K(i4K – i4)
III (VA – Vда)(i1 – i5B) + Vq3 = A(i3 – i2A)
IV (VК – Vдк)(i2 – i5B) + Vq3 = К(i4 – i)
Здесь VA + VК = V , Vда + Vдк = Vд
Параметры в точках i1 и i2 будут теми же, что в точке 6В
Температуру в точке 5В задаём:
Т= 138 К
Р = 4,5 МПа
i = 319,22 кДж/кг = 9257,38 кДж/кмоль
Принимаем VA = А = 0,813, VК = К = 0,187, Vдк = Vда = 0,1, q3 = 1 кДж/кг для всех аппаратов.
Тогда из уравнения I
VA (i4B – i) + Vq3 = A(i3A – i3)
0,813(522,32 – 419,1) + 1 = 0,813(454,6 – i3)
i3 = (394,6 – 112,5)/0,813 = 324,7 кДж/кг
Т3 = 140 К
Проверяем полученное значение i3 с помощью уравнения III:
(0,872 – 0,1)(394,5 – 319,22) + 1 = 0,872(i3 – 333,5)
59,1 = 0,872i3 – 290,8
i3 = (290,8 + 59,1)/0,872 = 401,3 кДж/кг
Уменьшим VА до 0,54:
0,54(522,32 – 419,1) + 1 = 0,872(454,6 – i3)
i3 = (394,6 – 70,023)/0,872 = 372,2 кДж/кг
Проверяем полученное значение i3 с помощью уравнения III:
(0,54 – 0,1)(394,5 – 319,22) + 1 = 0,872(i3 – 333,5)
i3 = (290,8 + 34,123)/0,872 = 372,6 кДж/кг
Т3 = 123 К
Тогда из уравнения II:
VK (i4B – i) + Vq3 = K(i4K – i4)
0,56(522,32 – 419,1) + 1 = 0,128(467,9 – i4)
72,6 = 59,9 – 0,128 i4
i4 = (72,6 – 59,9)/0,128 = 332 кДж/кг
Т4  = 140 К
Рассчитываем среднеинтегральную разность температур для каждого из четырёх теплообменников.
а) Материальный баланс теплообменника I:
VA (i4B – i1) + Vq3 = A(i3A – i3)
Из баланса расчитываем истинное значение теплопритоков из окружающей среды:
0,54*1,15(280 – 173) + 1*q3 = 0,872*1,99(197,7 – 123)
q3 = 121,9 - 66,4 = 55,5 кДж/кг
Рассчитываем коэффициенты В и D:
VA (i4B – i) + Vq3 = A(i3A – i3)
VA  ΔiB + Vq3 = A ΔiA
ΔiB = A ΔiA/ VA - V q3/VA        | ΔiA/ ΔiA
ΔiB = A ΔiA/ VA - Vq3* ΔiA/ ΔiA
В = A/VA = 0,872/0,54 = 1,645
D = V q3/VA ΔiA  = 1*55,5/0,54*(197,7 – 123) = 0,376
ΔiB = В ΔiA - D ΔiA = С ΔiA = (1,635 – 0,376) ΔiA = 1,259 ΔiA
Составляем таблицу:

ТВ , К
iв, кДж/кг
ΔiВ
ТА, К
iА, кДж/кг
ΔiА
0 – 0
280
522,32
0
197,7
454,6
0
1 – 1
272
512,0
10,324
190,23
-
8,2
2 – 2
261
501,7
20,648
182,76
-
16,4
3 – 3
254
491,3
30,971
175,29
-
24,6
4 – 4
245
481,0
41,295
167,82
-
32,8
5 – 5
235
470,7
51,619
160,35
-
41
6 – 6
225
460,4
61,943
152,88
-
49,2
7 – 7
218
450,1
72,267
145,41
-
57,4
8 – 8
210
439,73
82,59
137,94
-
65,6
9 – 9
199
429,4
92,914
130,47
-
73,8
10 – 10
188
419,12
103,2
123
372,6
82

Строим температурные кривые:
ΔТсринт = n/Σ(1/ΔТср)

ΔТср
1/ΔТср
1
82
0,012
2
82
0,012
3
78
0,0128
4
79
0,0127
5
77
0,013
6
72
0,0139
7
73
0,0137
8
72
0,0139
9
69
0,0145
10
65
0,0154
 
Σ(1/ΔТср) = 0,1339
ΔТср = 10/0,1339 = 54,7 К
б) Материальный баланс теплообменника II:
VK (i4B – i) + Vq3 = K(i4K – i4)
Из баланса расчитываем истинное значение теплопритоков из окружающей среды:
0,56*1,15(280 – 173) + 1*q3 = 0,187*1,684(248,4 – 140)
q3 = 23,4 - 68,9 = -45,5 кДж/кг
Рассчитываем коэффициенты В и D:
VК (i4B – i) + Vq3 = K(i4K – i4)
VК  ΔiB + Vq3 = К ΔiК
ΔiB = К ΔiК/ VК - V q3/VК        | ΔiК/ ΔiК
ΔiB = К ΔiК/ VК - Vq3* ΔiК/ ΔiК
В = К/VК = 0,128/0,56 = 0,029
D = V q3/VК ΔiК  = -1*45,5/0,56*(248,4 – 140) =  -0,75
ΔiB = В ΔiК - D ΔiК = С ΔiК = (0,029 + 0,75) ΔiК = 0,779 ΔiК
Составляем таблицу:

ТВ , К
iв, кДж/кг
ΔiВ
ТК, К
iК, кДж/кг
ΔiК
0 – 0
280
522,32
0
248,4
332
0
1 – 1
272
511,7
10,589
237,56
-
13,593
2 – 2
261
501,1
21,178
226,72
-
27,186
3 – 3
254
490,6
31,767
215,88
-
40,779
4 – 4
245
480
42,356
205,04
-
54,372
5 – 5
235
469,3
52,973
194,2
-
67,975
6 – 6
225
458.8
63,534
183,36
-
81,558
7 – 7
218
448,2
74,123
172,52
-
95,151
8 – 8
210
437,6
84,735
161,68
-
108,77
9 – 9
199
427
95,301
150,84
-
122,33
10 – 10
188
419,12
105,9
140
467,93
135,93
1 2 Следующая страница


Установки ожижения и разделения газовых смесей

Скачать курсовую работу бесплатно


Постоянный url этой страницы:
http://referatnatemu.com/705



вверх страницы

Рейтинг@Mail.ru
Copyright © 2010-2015 referatnatemu.com