Дипломный проект - Технологический расчет криогенной воздухоразделительной установки А-8-1М
Подождите немного. Документ загружается.
Лист
Изм. Лист № документа Подпись Дата
Инв. № подл. Подпись и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подпись и дата
5,0
П
П
1
W45,0
Re
,
где
= 10,312 кг/м
3
– плотность воздуха ,
= 1,78*10
-5
(Н*с)/м
2
– динамическая вязкость воздуха ,
АДСВ
П
fР3600
В
W
,
где
Р
В
= 8,35 ата – давление воздуха на входе в блок очистки ;
f
АДС
– площадь сечения пустого адсорбера , м
2
4
D
f
2
АДС
4
3
f
2
АДС
f
АДС
= 7,0686 , м
2
;
0686,735,83600
25500
W
П
W
П
= 0,12 м/с ;
0000178,042,042,01
312,100025,012,045,0
Re
5,0
П
Re
П
= 207,7353 ;
5,1
7353,207
23
7353,207
115
100025,02,142,0
1
5,032,4
СЛ
СЛ
= 46,5 ;
0025,02
621,112,0312,105,46
P
2
P = 2240 Па = 0,0024 МПа .
8.1.8. Расчет гидравлических потерь потока греющего газа в процессе
регенерации адсорбента
2
HW
P
СЛ
2
ППСЛ
,
где
Н
СЛ
= 1,621 м – суммарная высота слоев адсорбента ;
СЛ
– коэффициент трения слоя , рассчитываемый по формуле
91
Лист
Изм. Лист № документа Подпись Дата
Инв. № подл. Подпись и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подпись и дата
5,1
Re
23
Re
115
10)(n
1
5,0
П
П
32,4
СЛ
,
где
= 0,42 – порозность слоя ;
n() = 4,2 – 1,2**10
3
n() = 1,2 ;
= 0,0025 м – размер частицы ;
5,0
П
П
1
W45,0
Re
,
где
= 0,969 кг/м
3
– плотность греющего газа,
= 2,36 * 10
-5
(Н*с)/м
2
– динамическая вязкость греющего газа,
АДС
НАГР
G
НАГР
П
fP3600
G
W
,
где
Р
Gнагр
= 1,15 ата – давление греющего газа на входе в блок очистки ;
f
АДС
– площадь сечения пустого адсорбера , м
2
4
D
f
2
АДС
4
3
f
2
АДС
f
АДС
= 7,0686 , м
2
;
0686,715,13600
9000
W
П
W
П
= 0,3075 м/с ;
0000236,042,042,01
969,00025,03075,045,0
Re
5,0
П
Re
П
= 37,762 ;
5,1
762,37
23
762,37
115
100025,02,142,0
1
5,032,4
СЛ
СЛ
= 105,6073 ;
0025,02
621,13075,0969,06073,105
P
2
P = 3137 Па = 0,003137 МПа .
92
Лист
Изм. Лист № документа Подпись Дата
Инв. № подл. Подпись и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подпись и дата
8.1.9. Расчет гидравлических потерь потока греющего газа в процессе
охлаждения адсорбента
2
HW
P
СЛ
2
ППСЛ
,
где
Н
СЛ
= 1,621 м – суммарная высота слоев адсорбента ;
СЛ
– коэффициент трения слоя , рассчитываемый по формуле
5,1
Re
23
Re
115
10)(n
1
5,0
П
П
32,4
СЛ
,
где
= 0,42 – порозность слоя ;
n() = 4,2 – 1,2**10
3
n() = 1,2 ;
= 0,0025 м – размер частицы ;
5,0
П
П
1
W45,0
Re
,
где
= 1,431 кг/м
3
– плотность греющего газа,
= 1,76 * 10
-5
(Н*с)/м
2
– динамическая вязкость греющего газа,
АДС
НАГР
G
НАГР
П
fP3600
G
W
,
где
Р
Gнагр
= 1,15 ата – давление отбросной фракции на входе в блок очистки ;
f
АДС
– площадь сечения пустого адсорбера , м
2
4
D
f
2
АДС
4
3
f
2
АДС
f
АДС
= 7,0686 , м
2
;
0686,715,13600
9000
W
П
W
П
= 0,3075 м/с ;
0000236,042,042,01
431,10025,03075,045,0
Re
5,0
П
Re
П
= 74,84 ;
5,1
84,74
23
84,74
115
100025,02,142,0
1
5,032,4
СЛ
СЛ
= 72,768 ;
93
Лист
Изм. Лист № документа Подпись Дата
Инв. № подл. Подпись и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подпись и дата
0025,02
621,13075,0431,1768,72
P
2
P = 3192 Па = 0,003192 МПа .
8.2. Режим первичной регенерации слоев адсорбента при условии содержания
в них 20 % влаги
8.2.1. Регенерация внешним азотом через электроподогреватель мощностью
120 кВт
8.2.1.1. Исходные данные
Количества , м
3
/ч
греющего газа……...........................................…………………….......…...G
ГР
= 1380
охлаждающего газа......................................….……………………..........G
ОХЛ
= 1380
Температуры ,
0
С
начальная температура адсорбера…............………….........................................t
1
= 20
греющего газа на входе в подогреватель……...............................................…...t
2
= 30
греющего газа на выходе из подогревателя....…...............................................t
3
= 300
греющего газа в конце десорбции......................….............................................t
4
= 200
охлаждающего газа ........................................................................................…....t
5
= 30
адсорбера в момент переключения..................................................................….t
6
= 30
Давления , МПа
греющего и охлаждающего газа...............................…...................................Р
2
= 0,115
Высоты слоев адсорбента , м
высота слоя активной окиси алюминия.......................................….…….. Н
AL
= 0,442
высота слоя цеолита……..........................................…………………..… Н
NaX
= 1,179
мощность электроподогревателя , кВт..............................................................N
у
= 120
масса адсорбера , кг.............................................................................………..М = 5700
диаметр адсорбера , м.............................................................................…………..Д = 3
94
Лист
Изм. Лист № документа Подпись Дата
Инв. № подл. Подпись и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подпись и дата
8.2.1.2. Расчет мощности, необходимой для подогрева газа в электроподогре-
вателе
N
У
= N
ЭЛ
+ N
ДОП
,
где
N
ЭЛ
- мощность , необходимая для подогрева газа в электроподогревателе,
нагрева адсорбентов и т.д.
N
ДОП
- мощность , необходимая для нагрева электроподогревателя.
Мощность, необходимую для подогрева газа в электроподогревателе,
рассчитываем по формуле :
N
ЭЛ
=
3600
) t- t( * С * К* G
53РГР
где
G
ГР
= 1380 м
3
/ч - количество греющего газа,
К = 1,1 - коэффициент , учитывающий потерю тепла на нагрев изоляции
электроподогревателя и трубопроводов;
С
Р
= 1,05 кДж / ( м
3
*град ) - теплоемкость греющего газа;
N
ЭЛ
=
3600
) 30 - 300 ( * 1,05 * 1,1 *1380
,
N
ЭЛ
= 119,54 кВт .
Мощность, необходимую для нагрева электроподогревателя, рассчитываем по
формуле :
N
ДОП
= N
У
- N
ЭЛ
N
ДОП
= 120 - 119,54
N
ДОП
= 0,46 кВт .
Мощность, необходимая для нагрева электроподогревателя, должна
удовлетворять условию
N
ДОП
N
max
ДОП
,
где :
N
max
ДОП
= N
ЭЛ
*
* * С * К-
* * С * К
3МПРЕД
3М
,
где
С
М
= 0,503 кДж / ( кг*град ) - теплоемкость металла ;
95
Лист
Изм. Лист № документа Подпись Дата
Инв. № подл. Подпись и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подпись и дата
3
- подогрев газа в электроподогревателе,
3
= t
3
- t
5
3
= 300 - 30
3
= 270
0
С ;
= 5 кг / кВт - удельная масса электроподогревателя, приходящаяся на единицу
мощности ;
ПРЕД
= К *
ГР
Q
Q
,
где
Q - суммарное количество тепла , необходимое для десорбции примесей ;
Q
ГР
- тепло , вносимое греющим газом .
8.2.1.2.1. Определение количества тепла для нагрева металла адсорбера
Q
1
= М
АДС
* С
М
*
1
,
где
1
- средний подогрев металла адсорбера ,
1
=
t + t
2
3 4
- t
1
1
=
2
200 + 300
- 20
1
= 230
0
C .
Q
1
= 5700 * 0,503 * 230
Q
1
= 659442 кДж .
8.2.1.2.2. Определение количества тепла для нагрева адсорбента
Q
2
=
4
Д*
2
* (
AL
* С
AL
*Н
AL
+
NaX
* С
NaX
*Н
NaX
)*
1
где
AL
= 800 кг /м
3
- насыпная плотность активной окиси алюминия ;
NaX
= 600 кг /м
3
- насыпная плотность цеолита ;
С
NaX
= 1,05 кДж / (кг*град) - теплоемкость цеолита ;
С
AL
= 1 кДж / (кг*град) - теплоемкость активной окиси алюминия ;
Q
2
=
4
3*
2
* (*1*0,442 + 600*1,05*1,179 )*230
Q
2
= 1782500 кДж .
96
Лист
Изм. Лист № документа Подпись Дата
Инв. № подл. Подпись и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подпись и дата
8.2.1.2.3. Определение количества тепла для десорбции влаги из адсорбентов
Регенерируем два адсорбента:
Q
3
=
4
Д*
2
*(
AL
*Н
AL
+
NaX
*Н
NaX
)*а
Н2О
С
*r
1
,
где
а
Н20
С
= 0,2 кг/кг - статическая влагоемкость адсорбентов ;
r
1
= 4187 кДж / кг - теплота десорбции влаги ;
Q
3
=
4
3*
2
*(800*0,442+600*1,179)*0,2*4187
Q
3
= 6280500 кДж .
Q = Q
1
+ Q
2
+ Q
3
Q = 659442 + 1782500 + 6280500
Q = 8722442 кДж .
Q
ГР
= G
ГР
* С
Р
*
2
,
где
2
- среднее изменение температуры греющего газа в период нагрева адсорбера
2
= t
3
-
t + t
2
1 4
2
= 300 -
2
200 + 20
2
= 190
0
С .
Q
ГР
= 1380 * 1,05 * 190
Q
ГР
= 275310 кДж .
ПРЕД
= 1,1 *
275310
8722442
,
ПРЕД
= 34,85 ч = 125461,7 с .
N
max
ДОП
= 119,54 *
5 * 270 * 0,503 * 1,1 - 125461,7
5 * 270 * 0,503 * 1,1
,
N
max
ДОП
= 0,72 кВт .
Условие выполняется : N
ДОП
= 0,46 кВт < N
max
ДОП
= 0,72 кВт .
8.2.1.3. Определение времени нагрева
97
Лист
Изм. Лист № документа Подпись Дата
Инв. № подл. Подпись и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подпись и дата
НАГР
=
ПРЕД
* ( 1 -
ДОПЭЛ
ДОП
NN
N
) + К *
5
,
где
5
- время нагрева электроподогревателя;
5
= * C
М
*
3
,
5
= 5 * 0,503 * 270
5
= 679,05 с .
НАГР
= 125461,7 * ( 1 -
0,46 119,54
0,46
) + 1,1 * 679,05
НАГР
= 125730,4 с = 34 часов 56 минут .
Принимаем
НАГР
= 35 часов.
8.2.1.4. Определение времени охлаждения
ОХЛ
=
6Р
4ДОПЭЛ1
6Р
5
2
МАДС
*С *
*)N (N **
*С *
*****
4
Д*
+ С*М
ОХЛ
М
ОХЛ
NaXNaXNaXAlAl
G
C
G
HCHC
Al
где
4
=
3
= 270
0
С - изменение температуры электроподогревателя в период
охлаждения,
5
- разность между средней температурой адсорбера в конце нагрева и темпера -
турой в конце охлаждения ,
5
=
t + t
2
3 4
- t
6
5
=
2
200 + 300
- 30
5
= 220
0
С ,
6
- разность между средней температурой холодного конца адсорбера в процессе
охлаждения и начальной температурой охлаждающего газа ,
6
=
t + t
2
6 4
- t
5
6
=
2
200 + 30
- 30
6
= 85
0
С ,
98
Лист
Изм. Лист № документа Подпись Дата
Инв. № подл. Подпись и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подпись и дата
ОХЛ
=
85*05,1*1380
270*0,46) (119,54 *503,0*5
85*1,05 *1380
220179,1*05,1*600442,0*1*800*
4
3*
+ 0,503*5700
2
ОХЛ
= 19,626 ч = 19 часов 38 минут .
Принимаем
ОХЛ
= 19 часов 40 минут .
8.2.1.5. Определение времени сброса и наполнения
Принимаем время сброса
СБР
=
НАП
= 10 минут .
8.2.1.6. Суммарное время первичной регенерации
РЕГ
=
НАГР
+
ОХЛ
+
НАП
+
СБР
РЕГ
= 35 часов + 19 часов 40 минут + 10 минут + 10 минут
РЕГ
= 55 часов.
Принимаем с запасом по времени
РЕГ
= 56 часов .
8.2.2. Регенерация внешним азотом через электроподогреватель мощностью
300 кВт
8.2.2.1. Исходные данные
Количества , м
3
/ч
греющего газа……...........................................………………………..........G
ГР
= 3500
охлаждающего газа......................................….……………………..........G
ОХЛ
= 3500
99
Лист
Изм. Лист № документа Подпись Дата
Инв. № подл. Подпись и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подпись и дата
Температуры ,
0
С
начальная температура адсорбера…............………….........................................t
1
= 20
греющего газа на входе в электроподогреватель…......................................…...t
2
= 30
греющего газа на выходе из электроподогревателя..…....................................t
3
= 300
греющего газа в конце десорбции......................….............................................t
4
= 200
охлаждающего газа ........................................................................................…....t
5
= 30
адсорбера в момент переключения..................................................................….t
6
= 30
Давления , МПа
греющего и охлаждающего газа...............................…...................................Р
2
= 0,115
Высоты слоев адсорбента , м
высота слоя активной окиси алюминия.......................................…….….. Н
AL
= 0,442
высота слоя цеолита……..........................................…………………..… Н
NaX
= 1,179
мощность электроподогревателя , кВт..............................................................N
у
= 120
масса адсорбера , кг.............................................................................………..М = 5700
диаметр адсорбера , м.............................................................................…………..Д = 3
8.2.2.2. Расчет мощности, необходимой для подогрева газа в электроподогре-
вателе
N
У
= N
ЭЛ
+ N
ДОП
,
где
N
ЭЛ
- мощность , необходимая для подогрева газа в электроподогревателе,
нагрева адсорбентов и т.д.
N
ДОП
- мощность , необходимая для нагрева электроподогревателя.
Мощность, необходимую для подогрева газа в электроподогревателе,
рассчитываем по формуле :
100