Дипломный проект - Технологический расчет криогенной воздухоразделительной установки А-8-1М

Подождите немного. Документ загружается.

Инв. № подл. Подпись и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подпись и дата

УСТАНОВКА РАЗДЕЛЕНИЯ

ВОЗДУХА А - 8 – 1М

РАСЧЕТ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ

РЕКОНСТРУКЦИИ

АК 0001.00.000 РТ

г. Одесса-2004

Лист

Изм. Лист № документа Подпись Дата

Инв. № подл. Подпись и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подпись и дата

ВВЕДЕНИЕ

Установка разделения воздуха А-8-1М (далее «установка») разрабатывается на

базе реконструкции существующей установки А-8-1, основные схемные решения

которой были разработаны 30 лет назад. В настоящее время , учитывая последние

достижения в области криогенной техники и развития промышленности, эти ре-

шения следует признать устаревшими и не соответствующими современному

уровню. Цель реконструкции – замена ненадежно работающего оборудования но-

вым, отвечающим современному уровню развития криогенной техники, повыше-

ние надежности работы установки, доведение технических характеристик уста-

новки до требований заказчика, восстановление ресурса работы установки.

При реконструкции из существующей установки удаляют:

 регенераторы со всей арматурой и контрольно-измерительными приборами;

 газовые адсорберы со всей арматурой и трубопроводами обвязки;

 теплообменники для охлаждения потока после газовых адсорберов и подогрева

фракции после турбодетандера;

 фильтр на потоке кубовой жидкости из нижней колонны;

 колонну технического кислорода;

 адсорберы жидкостные на линии ввода в колонну технического кислорода;

 насос жидкого кислорода;

 арматуру обвязки адсорберов жидкостных , колонны технического кислорода и

соответствующие трубопроводы и приборы КИПиА;

 имеющуюся систему автоматики на базе системы «Астра».

В установку вводят новое оборудование:

 влагоотделитель А1;

 два адсорбера А2 и А3, заполненные активной окисью алюминия и

синтетическим цеолитом, вместе с переключающей арматурой, фильтрами А4

и А5, трубопроводами и приборами КИПиА для управления работой блока

очистки;

 электроподогреватели А6-1, А6-2, А6-3 для подогрева регенерирующего газа;

 электроподогреватель А7 для первичной регенерации адсорбента при запуске;

 теплообменник основной А8;

 конденсатор-испаритель А10;

 пароотделитель А13;

 теплообменник А19 для испарения и подогрева фракции безопасности за счет

теплообмена с частью отбросной фракции;

 современную систему автоматики на базе микропроцессорных контроллеров

“Simens”.

Работа установки будет осуществляться в следующем режиме:

- производство газообразного азота в количестве 8300 м

/ч и жидкого азота в

количестве 550 кг/ч с содержанием 0,0002 % об. 0

Лист

Изм. Лист № документа Подпись Дата

Инв. № подл. Подпись и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подпись и дата

1. КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ УСТАНОВКИ

1.1. В результате реконструкции принципиальная схема установки имеет вид:

Рис. 1. Принципиальная схема установки А-8-1М

Лист

Изм. Лист № документа Подпись Дата

Инв. № подл. Подпись и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подпись и дата

1.2. Экспликация аппаратов принципиальной схемы установки

Обозначение аппаратов А1 … А19 указаны в соответствии со схемой монтажно –

технологической АК 0001.00.000 Т4:

А1 - Влагоотделитель черт. ОБ – 0172 – 22801.00.00(новый аппарат).

А2 -Адсорбер, черт. АК 4801.000 (новый аппарат).

А3 -Адсорбер, черт. АК 4801.000-01 (новый аппарат).

А4, А5 – Фильтр, черт. АК 5502.000 (новые аппараты).

А8 - Теплообменник основной, черт. А95290 (новый аппарат).

А6-1, А6-2, А6-3 – Электроподогреватели, черт. ОБ – 0172 – 22906.00.00 СБ

(новые аппараты).

А7 – Электроподогреватель, черт. АК5101.000 (новый аппарат).

А9 – Колонна основная, черт. КЛ 3910.000 (существующий аппарат).

А10 - Конденсатор-испаритель, черт. В15048 (новый аппарат).

А13 – Пароотделитель, черт. АК 5001.000 (новый аппарат).

ТД – Турбодетандеры, черт. РТ – 18/3 (существующие агрегаты).

А19 – Теплообменник, черт. АК 3403.000 (новый аппарат).

Примечание: настоящая принципиальная схема включает в себя только ту часть

установки, которая подверглась реконструкции.

Полный состав оборудования установки приведён в схеме монтажно-

технологической АК 0001.00.000 Т4.

Лист

Изм. Лист № документа Подпись Дата

Инв. № подл. Подпись и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подпись и дата

1.3. Описание режима работы установки

Количественные значения потоков приводятся в долях перерабатываемого воз-

духа. Холодопотери в установке компенсируют использованием турбодетандера

на потоке отбросной фракции и дроссель-эффектом сжатия воздуха .

Воздух в количестве 25 500 м

/ч (1 кмоль/кмоль) направляют во влагоотдели-

тель А1 и далее в адсорбер А2 блока комплексной очистки и осушки воздуха, где

его осушают от паров воды, очищают от углекислоты и углеводородов. Осу-

шенный и очищенный воздух при температуре 283 К и давлении 0,815 МПа

подают в блок разделения, где его направляют в теплообменник основной А8. В

этом аппарате за счет теплообмена с отбросной фракцией и продукционным

газообразным азотом его охлаждают до 104,64 К. Воздух после основного

теплообменника при температуре 104,64 К, давлении 0,8 МПа и степени сухости х

= 0,94 направляют для разделения в куб ректификационной колонны А9.

В колонне воздух разделяют на обогащенную до 32,1 % 0

кубовую жидкость

и азот продукционный жидкий и газообразный с содержанием 0,0002 % 0

Кубовую жидкость в количестве 0,65279 кмоль/кмоль при температуре 104,09

К отбирают из куба колонны, дросселируют через вентиль ВР

до давления Р = 0,4

МПа и при температуре 94,68 К и степени сухости х = 0,107 подают в межтрубное

пространство конденсатора-испарителя А10.

Азот жидкий в количестве 0,021536 кмоль/кмоль при температуре 100,2 К от-

бирают из верхней части ректификационной колонны, дросселируют через вен-

тиль ВР

до давления Р = 0,32 МПа и при температуре 88,62 К и степени х =0,139

подают в пароотделитель 7. После пароотделителя жидкий продукционный азот в

количестве 0,018546 кмоль/кмоль и степенью сухости х = 0 выдают потребителю.

Азот газообразный в количестве 0,32549 кмоль/кмоль при температуре 100,2 К

отбирают из верхней части ректификационной колонны и направляют в основной

теплообменник, где его нагревают до 280 К и после этого выдают потребителю.

Отбросную фракция в количестве 0,647973 кмоль/кмоль с концентрацией 31,9

% 0

при температуре 97,5 К и давлении 0,4 МПа отбирают из конденсатора –

испарителя и подают в нижнюю часть основного теплообменника, где ее нагре-

вают до 120 К. При этой температуре отбросную фракцию направляют в турбо-

детандеры ТД, где ее расширяют до давления 0,135 МПа.

После турбодетандера к отбросной фракции добавляют поток газообразного

азота из пароотделителя в количестве 0,002991 кмоль/кмоль, который предвари-

тельно дросселируют через вентиль ВР

до давления Р = 0,135 МПа. После сме-

шения поток отбросной фракции в количестве 0,650964 кмоль/кмоль с концентра-

цией 31,75 % 0

при температуре 97,56 К и давлении 0,135 МПа направляют в

нижнюю часть основного теплообменника. В основном теплообменнике отброс-

ную фракцию нагревают до температуры 280 К и делят на две части: часть потока

выбрасывают в атмосферу, часть направляют на регенерацию блока очистки.

Лист

Изм. Лист № документа Подпись Дата

Инв. № подл. Подпись и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подпись и дата

Для регенерации блока очистки отбросную фракцию нагревают в

электроподогревателях А6-1, А6-2 и далее направляют в адсорбер А3.

Фракцию безопасности в количестве 0,005 кмоль/кмоль и с концентрацией

56,814 % 0

при температуре 97,5 К в виде жидкости выводят из конденсатора-

испарителя, направляют в теплообменник А19, где ее выпаривают и нагревают до

температуры 273 К за счет охлаждения части отбросной фракции после основного

теплообменника. После этого фракцию безопасности направляют в атмосферу.

Лист

Изм. Лист № документа Подпись Дата

Инв. № подл. Подпись и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подпись и дата

2. УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

2.1. Общие условные обозначения

В, м

/ч - количество воздуха , перерабатываемое установкой

, кДж/(кг*К) - изобарная теплоемкость

D (d) , м - диаметр

Е - доля свободного объема

F ( f ) , м

- площадь

Н, м - высота

J, кДж/кмоль - удельная энтальпия

К, Вт / ( м

*К ) - коэффициент теплопередачи

, т/ч - пропускная способность клапана

- показатель адиабаты

L (l), м - длина

М, кг - масса

m, кг/с - массовый расход

N, кВт - мощность

- количество труб в аппарате

– расчётное количество труб в аппарате

Р, МПа - давление ( абсолютное )

P , МПа - потеря давления

Q, кВт - тепловая нагрузка

q, кДж/кмоль - удельное количество теплоты

R, Дж/ ( кг*К) - универсальная газовая постоянная

r, кДж/кмоль - удельная теплота парообразования

, кДж/кг - теплота десорбции влаги

, кДж/кг - теплота десорбции углекислоты

T, К - температура термодинамическая ( абсолютная )

Т, К - разность температур на концах аппарата

С - температура

, м - шаг оребрения

V , м

/кг - удельный объем

x - паросодержание



- поправка на кривизну труб

- коэффициент местного сопротивления

 , кг/кВт - удельная масса электроподогревателя, приходящаяся на единицу

мощности



- относительный диаметральный шаг навивки



- относительный осевой шаг навивки

, Дин/см - поверхностное натяжение жидкости

, м - толщина прокладки

, Вт / ( м*К ) - коэффициент теплопроводности



тр

- коэффициент трения

, Вт / (м

*К) - коэффициент теплопередачи

Лист

Изм. Лист № документа Подпись Дата

Инв. № подл. Подпись и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подпись и дата



- коэффициент расхода, соответствующий площади сечения клапана

, кг/кмоль - молекулярная масса

, кг / м

- плотность

, с - время

, град - разность температур

, Н*с / м

- динамическая вязкость

 - коэффициент , учитывающий влияние на трение паросодержания потока

2.2. Условные обозначения при гидравлическом расчете колонны

KI = 1 - признак смеси : смесь кислород - аргон - азот

TI = 1; KT = 1; - признак тарелки с кольцевым током жидкости

TS = 0 - признак отсутствия водорода в смеси

X1, кмоль/кмоль - содержание азота в жидкости

X3, кмоль/кмоль - содержание кислорода в жидкости

Y1, кмоль/кмоль - содержание азота в паре

Y3, кмоль/кмоль - содержание кислорода в паре

LH, кмоль/кмоль - расход жидкости

GH, кмоль/кмоль - расход пара

FB, м

- площадь барботажа тарелки

FK, м

- площадь щелевого зазора над сливной перегородкой

Z2, м - высота приемной перегородки

SH, м - шаг между отверстиями

DK , м - диаметр колонны

Z, м - высота сливной перегородки

S, м - высота узкого сечения кармана

B, м - периметр сливной перегородки

HT, м - расстояние между тарелками с сепарацией фаз

SIN - синус угла наклона отбойной перегородки

P, кПа - давление

PRS м

/ч - количество воздуха , перерабатываемое установкой

DO, м - диаметр отверстий

WO, м/с - рабочая скорость пара в отверстиях

WOH, м/с - минимальная скорость пара в отверстиях

WOM, м/с - максимальная скорость пара в отверстиях

PC2, мм. вод. ст. - гидравлическое сопротивление сухой тарелки

PT, мм. вод. ст. - полное гидравлическое сопротивление тарелки

PTM, мм. вод. ст. - максимально-допустимое гидравлическое сопротивление

KP - коэффициент запаса по гидравлическому сопротивлению тарелки

Лист

Изм. Лист № документа Подпись Дата

Инв. № подл. Подпись и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подпись и дата

3. ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ УСТАНОВКИ

3.1. Производительность установки по газообразному азоту после

реконструкции

А’ = А * B’

А’ = 0,32549 * 25 500

А’ = 8 300.

Паспортная производительность П = 8 000 м

/ч.

3.2. Производительность установки по жидкому азоту после реконструкции

А’

= А

* B’

А’

= 0,0185 * 25 500 * 1,164

А’

= 549.

Паспортная производительность П

= 500 кг/ч.

Лист

Изм. Лист № документа Подпись Дата

Инв. № подл. Подпись и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подпись и дата

4. МАТЕРИАЛЬНЫЕ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ БАЛАНСЫ

УСТАНОВКИ И АППАРАТОВ

4.1. Исходные данные

Количество перерабатываемого воздуха................…….……...........….....25 500 м

/ч

4.1.1. Доля, кмоль/кмоль :

перерабатываемого воздуха...........................................……..…….......…….........В = 1

продукционного газообразного азота.................................……..………А

= 0,32549

продукционного жидкого азота ..........................................……………А

= 0,018546

фракции безопасности....................................................................……….....Ф

= 0,005

4.1.2. Концентрации, % 0

перерабатываемого воздуха......................................................……...............y

= 20,95

продукционного газообразного азота..............................................……....y

Аг

= 0,0002

продукционного жидкого азота...............................................……………х

Аж

= 0,0002

фракции безопасности....................................................…...............…..….х

Фб

= 56,814

4.1.3. Температуры, К:

воздух на входе в основной теплообменник .....................…….......................T

= 283

азот газообразный на выходе из основного теплообменника...……...…......Т

= 280

отбросная фракция на выходе из основного теплообменника.…………….Т

= 280

отбросная фракция на входе в турбодетандер.……………………………...Т

= 124

4.1.4. Давления, МПа (абс.):

воздух после компрессора........................................................………………….Р = 0,9

воздух на входе в основной теплообменник......................……….....……...Р

= 0,815

воздух на входе в ректификационную колонну....................………......……...Р

= 0,8

отбросная фракция на выходе из конденсатора-испарителя………..……….Р

= 0,4

отбросная фракция на входе в турбодетандер...........……………………….Р

= 0,39

отбросная фракция на выходе из турбодетандера.………………………..Р

= 0,135

отбросная фракция на выходе из основного теплообменника…….............Р

= 0,12

азот газообразный на выходе из основного теплообменника..……..........Р

= 0,775